עיצוב PCB לרובוט מבוקר סלולרי: 10 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:13

את הפרויקט הזה עשיתי עוד בשנת 2012 כפרויקט הקטין שלי. פרויקט זה קיבל השראה מהצורך בשיטה לנטרול איומים ללא התערבות ישירה של בני אדם. זה היה הזמן, המדינה שלי נפגעה קשות מאלימות שהניעה אותי לפתח רכב רובוטי פשוט שניתן להפעיל אותו באמצעות כל טלפון נייד. הרובוט נשלט באמצעות תדרי שמע DTMF המאפשרים לו כיסוי תפעולי רחב יותר גם ברשתות 2G. במדריך זה אתמקד יותר בעיצוב ה- PCB.

אספקה

מפענח DTMF M8870

בקר 89C51

נהג מנוע L293D

מנועי DC

שלדת מכונית רובוטית

טלפון נייד

אספקת חשמל מוסדרת 5v

שלב 1: מבנה בסיסי

בואו נבדוק את המבנה הבסיסי של הרובוט.

המכשיר הנייד שמוצג שם משמש לשליטה ברובוט. אנו מבצעים שיחה אל המכשיר הממוקם בתוך הרובוט, ואז הרובוט מקבל את השיחה אוטומטית ואז עלינו ללחוץ על כל מקש כדי לשלוט בתנועת הרובוט, הנשלטת בעזרת מיקרו -בקר המשויך אליו. ניתן לאפס את הרובוט בעזרת מתג האיפוס החיצוני. כל מתג מוקצה לכל פעולה. כאשר לוחצים על המקש המתאים לתנועת הרובוט, מפענח ה- DTMF יפענח את הטון שנוצר במקלט וישלח את הקוד הבינארי למיקרו -בקר. המיקרו -בקר מתוכנת באופן שכאשר יתגלו הקודים הבינאריים המתאימים לתנועה, מיקרו -בקר ייתן את הקלט הבינארי המתאים לנהג המנוע. נהג המנוע יפרש את האות וייתן למנוע מתחים מתאימים ובכך יעביר אותו ויסובב את המנוע בכיוון המתאים.

שלב 2: מפענח DTMF

ה- M8870 הוא מקלט DTMF מלא המשלב הן את מסנן הפיצול של הלהקה והן את פונקציות המפענח בתוך חבילת DIP או SOIC אחת של 18 פינים. ה- M-8870 מיוצר באמצעות טכנולוגיית תהליך CMOS ומציע צריכת חשמל נמוכה (מקסימום 35 mW) וטיפול בנתונים מדויק. קטע המסננים שלו משתמש בטכנולוגיית קבלים מחליפים הן למסננים בקבוצות גבוהות והן לנמוכות והן לדחיית צליל חיוג. המפענח שלו משתמש בטכניקות ספירה דיגיטליות כדי לזהות ולפענח את כל 16 צמדי הצלילים של DTMF לקוד של 4 סיביות. ספירת הרכיבים החיצוניים ממוזערת על ידי מתן מגבר קלט דיפרנציאלי על שבב, מחולל שעונים ואוטובוס ממשק תלת-מצב סגור. רכיבים חיצוניים מינימליים הנדרשים כוללים קריסטל פרץ צבעוני בעלות נמוכה של 3.579545 מגה-הרץ, נגד תזמון וקבל תזמון. ה- M-8870-02 מספק אפשרות "כיבוי" שכאשר מופעלת הוא מוריד את הצריכה לפחות מ- 0.5 mW. ה- M-8870-02 יכול גם לעכב את פענוח הספרות העמודות הרביעיות.

תכונות של M8870:

• מקלט DTMF מלא
• צריכת חשמל נמוכה (35mw)
• מגבר הגדרת רווח פנימי
• זמני רכישה ושחרור מתכווננים
• איכות המשרד המרכזי
• מצב כיבוי (5mw)
• ספק כוח יחיד של 5 וולט
• דיכוי צלילי חיוג
• מצב מעכב

טכניקת ה- DTMF משדרת ייצוג מובהק של 16 תווים אלפאנומריים נפוצים (0-9, A-D, *, #) בטלפון. התדר הנמוך ביותר בשימוש הוא 697 הרץ והתדירות הגבוהה ביותר בשימוש היא 1633 הרץ. לוח המקשים DTMF מסודר כך שלכל שורה תהיה תדר צלילים ייחודי משלה וגם לכל עמודה תהיה תדר צליל ייחודי משלה. למעלה ייצוג לוח המקשים הטיפוסי של DTMF ותדרי השורות/העמודות המשויכות. על ידי לחיצה על מקש, למשל, 5, תיווצר צליל כפול המורכב מ -770 הרץ לקבוצה הנמוכה ו -1336 הרץ לקבוצה הגבוהה.

שלב 3: MICROCONTROLLER 89C51

הבקר המיקרו בו אנו משתמשים כאן הוא AT89C51. AT89C51 הוא מחשב מיקרו 8 סיביות בעל ביצועים נמוכים ובעלי ביצועים גבוהים עם זיכרון קריאה בלבד (PEROM) הניתן לתכנות ולמחיקה של 8K בתים. המכשיר מיוצר באמצעות טכנולוגיית הזיכרון הבלתי נדיפה בצפיפות גבוהה של Atmel והוא תואם את ערכת ההוראות והסיכה הסטנדרטית 80C51 ו- 80C52 בתעשייה. זוהי יחידת שליטה הניתנת לתכנות בהתאם לדרישות. בפרויקט זה, הוא מקבל את הקוד הבינארי המתאים לצליל שזוהה ומתקבל הקוד הבינארי להנעת המנועים יישלח אל מנהל ההתקן IC.

מאפיינים:

• המוצר של ATMEL
• בדומה ל 8051
• מיקרו-בקר של 8 סיביות
• משתמש בזיכרון EPROM או FLASH
• ניתן לתכנות מרובה פעמים (MTP)

ל- ATMEL89C51 יש בסך הכל 40 סיכות המוקדשות לפונקציות שונות כגון I/O, RD, WR, כתובת והפרעות. מתוך 40 סיכות, סך הכל 32 סיכות מוקצות לארבע היציאות P0, P1, P2 ו- P3, כאשר כל יציאה לוקחת 8 סיכות. שאר הפינים מסומנים כ- Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA ו- PSEN. כל הסיכות למעט PSEN ו- ALE משמשות את כל בני משפחת 8051 ו- 8031.

שלב 4: נהג מוטור L293D

שני המנועים מונעים באמצעות IC נהג מנוע L293D. ה- L293D הוא כונן חצי מנוע דו-כיווני חצי גשר H בעל גשר H שיכול להניע זרם של עד 600mA עם טווח מתח של 4.5 עד 36 וולט. הוא מתאים להנע מנועים קטנים בעלי DC, מנוע צעד דו קוטבי וכו '.

תכונות של L293D:

• יכולת זרם פלט של 600ma לכל ערוץ
• 1.2A זרם פלט שיא (לא חוזר על עצמו) לכל ערוץ
• אפשר מתקן הגנה מעל טמפרטורה
• מתח כניסה "0" לוגי עד 1.5 וולט (חסינות רעש גבוה)
• דיודות מהדק פנימיות

L293D הם כונני חצי H הנוכחי מרובע. ה- L293D מיועד לספק זרם כונן דו -כיווני עד 600 mA במתח מ -4.5 V עד 36 V. שני הכוננים מיועדים להניע עומס אינדוקטיבי כגון ממסר, סולנואיד, מנוע דריכה דו -קוטבי, כמו גם זרם גבוה/ עומסי מתח גבוה ביישומי אספקה חיובית. L293D מורכב מארבע כניסות עם מגברים ומעגלי הגנה על פלט. כוננים מופעלים בזוגות, כאשר כוננים 1 & 2 מופעלים על ידי 1, 2 EN וכוננים 3 & 4 מופעלים על ידי 3, 4 EN. כאשר קלט הפעלה גבוה, מנהל ההתקן המשויך מופעל והפלטים שלו פעילים ובשלב עם הכניסות שלהם.

שלב 5: יחידת ספק כוח

סוללות DC נמוכות מגיעות עם דירוג מתח מתאים של 5V- 9V וזרם של מקסימום. 1000mA. כדי להשיג מתח DC מוסדר, נעשה שימוש בווסתי מתח. זמינות IC של וסת המתח זמינות עם מתח יציאה קבוע (בדרך כלל 5, 12 ו -15 וולט) או משתנה. הם מדורגים גם לפי הזרם המרבי שהם יכולים לעבור. ניתן להשיג רגולטורי מתח שלילי, בעיקר לשימוש באספקה כפולה. רוב הרגולטורים כוללים הגנה אוטומטית מסוימת מפני זרם מופרז ('הגנת עומס יתר') והתחממות יתר ('הגנה תרמית'). לרבים ממעגלי ה- IC של ווסת המתח הקבוע יש 3 מוליכים ונראים כמו טרנזיסטורים של כוח, כגון הרגולטור 7805 (+5V, 1A) המוצג מימין. הם כוללים חור לחיבור גוף קירור במידת הצורך.

שלב 6: תכנות

תוכנת Keil uVision שימשה לפיתוח התוכנית עבור 89C51 ו- Orcad Capture / Layout שימשה לעיצוב ולייצור ה- PCB שלנו בהתאמה אישית.

כל סוגי סדרת MT8870 משתמשים בטכניקות ספירה דיגיטליות כדי לזהות ולפענח את כל 16 צמדי הצלילים DTMF לפלט קוד של 4 סיביות. מעגל הדחייה המובנה בטון חיוג מבטל את הצורך בסינון מוקדם כאשר

אות הכניסה ניתן בסיכה 2 (IN-) בתצורת הקלט החד-פעמית מוכר כיעיל, אות הפענוח הנכון של 4 סיביות של צליל ה- DTMF מועבר באמצעות פלט Q1 (pin11) דרך Q 4 (pin 14) אל סיכות הכניסה P1.0 (סיכה 1) עד P1.3 (סיכה 4) של יציאה 1 של 89C51 IC. AT89C51 היא יחידת השליטה. בפרויקט זה, הוא מקבל את הקוד הבינארי המתאים לצליל שזוהה ומתקבל הקוד הבינארי להנעת המנועים יישלח אל מנהל ההתקן IC. הפלט מפיני יציאה P2.0 עד P2.3 של המיקרו -בקר מוזנים לקלט IN1 דרך IN4 של נהג המנוע L293D, בהתאמה, כדי להניע שני מנועי DC המונעים. מתג איפוס ידני משמש גם. פלט המיקרו -בקר אינו מספיק להנעת מנועי ה- DC, כך שנדרשים מנהלי התקנים שוטפים לסיבוב המנוע. ה- L293D מורכב מארבעה נהגים. סיכה IN1 עד IN4 ויציאה 1 לאורך 4 הן סיכות קלט ויציאה, בהתאמה, של הנהג 1 לנהג 4.

שלב 7: תכנית

אורג 000H

הַתחָלָה:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

L1: MOV A, P1

CJNE A, #04H, L2

MOV A, #0AH

MOV P2, א

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

MOV A, #05H

MOV P2, א

LJMP L1

L3: CJNE A, #0AH, L4

MOV A, #00H

MOV P2, א

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

MOV A, #06H

MOV P2, א

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

MOV A, #09H

MOV P2, א

LJMP L1

סוֹף

שלב 8: ייצור PCB

ייצור ה- PCB הושלם בארבעה שלבים:

1. עיצוב פריסת רכיבים

2. עיצוב פריסת PCB

3. קידוח

4. חריטת ה- PCB

רכיבי ה- PCB הוקמו באמצעות תוכנת Orcad Capture ויובאו ל- Orcad Layout לעיצוב החיבורים. הפריסה השתקפה לאחר מכן להדפסה על לוח הנחושת המנוקה. לאחר ההדפסה (השתמשנו במדפסת על בסיס אבקה כדי להדפיס את הפריסה על נייר לבן והשתמשנו בקופסת ברזל כדי לחמם ולהעביר את הרושם אל משטח לוח הנחושת. הנחושת הנוספת נחרטה באמצעות תמיסת כלור נחושת ו כמות קטנה של חומצה הידרוכלורית שימשה כזרז. לאחר שהלוח נחקק כראוי, נקדחו החורים באמצעות מקדח PCB כף יד. הרכיבים נרכשו ונלחמו בקפידה על הלוח. באשר למערכות הביקורת, הלחמות נלחמו תחילה. שעליו הוצבו ה- IC.

שלב 9: בדיקה

כדי שהרובוט יעבוד כצפוי, אפשרנו מענה אוטומטי במכשיר הנייד NokiaC1-02 בו השתמשנו כמקלט על הרובוט. אז בכל פעם שמישהו מתקשר למספר הזה, הסלולרי עונה אוטומטית. כאשר המתקשר לוחץ על מתג צלילים, מכשיר המקלט מקבל אותו ושולח אותו למפענח DTMF באמצעות יציאת שמע. המפענח מפענח את המקש שנלחץ ומודיע על המיקרו -בקר 89C51. לאחר מכן, המיקרו -בקר מוציא לפקודות הבקרה המתאימות לרובוט באמצעות מנהלי המנועים.

שלב 10: הפניות

www.keil.com/dd/docs/datashts/atmel/at89c51_ds.pdf