Projekt PCB dla robota sterowanego telefonem komórkowym: 10 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:29

Zrobiłem ten projekt w 2012 roku jako mój drobny projekt. Inspiracją dla tego projektu była potrzeba opracowania metody neutralizacji zagrożeń bez bezpośredniej ingerencji człowieka. W tym czasie mój kraj został mocno dotknięty przemocą, która zmotywowała mnie do opracowania prostego pojazdu-robota, który może być obsługiwany przez dowolny telefon komórkowy. Robot jest sterowany za pomocą częstotliwości audio DTMF, co umożliwia mu szerszy zasięg operacyjny nawet w sieciach 2G. W tej instrukcji skupię się bardziej na projektowaniu PCB.

Kieszonkowe dzieci

Dekoder M8870 DTMF

89C51Mikrokontroler

Sterownik silnika L293D

Silniki prądu stałego

Podwozie samochodu robota

Komórka

Regulowany zasilacz 5 v

Krok 1: Podstawowa struktura

Przyjrzyjmy się podstawowej konstrukcji robota.

Pokazany tam pilot mobilny służy do sterowania robotem. Wykonujemy połączenie na słuchawkę, która jest umieszczona wewnątrz robota, robot następnie automatycznie odbiera połączenie, a następnie musimy nacisnąć każdy klawisz, aby sterować ruchem robota, który jest sterowany za pomocą skojarzonego z nim mikrokontrolera. Robota można zresetować za pomocą zewnętrznego przełącznika resetowania. Każdy przełącznik jest przydzielony do każdej operacji. Po naciśnięciu klawisza odpowiadającego ruchowi robota, dekoder DTMF zdekoduje ton generowany w odbiorniku i wyśle kod binarny do mikrokontrolera. Mikrokontroler jest zaprogramowany w taki sposób, że po wykryciu kodów binarnych odpowiadających ruchowi mikrokontroler poda odpowiednie wejście binarne do sterownika silnika. Sterownik silnika zinterpretuje sygnał i poda silnikowi odpowiednie napięcia, a tym samym przełączy go i obróci silnik w odpowiednim kierunku.

Krok 2: DEKODER DTMF

M8870 to pełny odbiornik DTMF, który integruje zarówno filtr z podziałem pasma, jak i funkcje dekodera w jednym 18-pinowym pakiecie DIP lub SOIC. Wyprodukowany w technologii CMOS, M-8870 oferuje niski pobór mocy (maks. 35 mW) i precyzyjną obsługę danych. Sekcja filtrów wykorzystuje technologię przełączanych kondensatorów zarówno dla filtrów grupowych wysokich, jak i niskich oraz do tłumienia sygnału wybierania. Jego dekoder wykorzystuje cyfrowe techniki zliczania do wykrywania i dekodowania wszystkich 16 par tonów DTMF w 4-bitowy kod. Liczba komponentów zewnętrznych jest zminimalizowana dzięki zastosowaniu wbudowanego różnicowego wzmacniacza wejściowego, generatora zegara i szyny trójstanowego interfejsu z zatrzaskiem. Minimalne wymagane komponenty zewnętrzne obejmują tani kryształ o częstotliwości 3,579545 MHz, rezystor taktujący i kondensator taktujący. M-8870-02 zapewnia opcję „wyłączania”, która po włączeniu zmniejsza zużycie do mniej niż 0,5 mW. M-8870-02 może również blokować dekodowanie cyfr z czwartej kolumny.

Cechy M8870:

• Kompletny odbiornik DTMF
• Niski pobór mocy (35mw)
• Wzmacniacz do ustawiania wzmocnienia wewnętrznego
• Regulowane czasy akwizycji i zwalniania
• Jakość biura centralnego
• Tryb wyłączenia (5mw)
• Pojedynczy zasilacz 5 V
• Tłumienie sygnału wybierania
• Tryb wstrzymania

Technika DTMF generuje wyraźną reprezentację 16 popularnych znaków alfanumerycznych (0-9, A-D, *, #) na telefonie. Najniższa używana częstotliwość to 697 Hz, a najwyższa używana częstotliwość to 1633 Hz. Klawiatura DTMF jest zorganizowana w taki sposób, że każdy wiersz będzie miał swoją własną unikalną częstotliwość tonu, a każda kolumna będzie miała swoją własną unikalną częstotliwość tonu. Powyżej znajduje się reprezentacja typowej klawiatury DTMF i powiązanych częstotliwości wierszy/kolumn. Naciśnięcie klawisza, na przykład 5, wygeneruje podwójny ton składający się z 770 Hz dla grupy niskiej i 1336 Hz dla grupy wysokiej.

Krok 3: MIKROKONTROLER 89C51

Mikrokontroler, którego tutaj używamy, to AT89C51. AT89C51 to energooszczędny, wysokowydajny 8-bitowy mikrokomputer CMOS z 8K bajtów programowalnej i kasowalnej pamięci Flash (PEROM). Urządzenie jest produkowane przy użyciu technologii pamięci nieulotnej o wysokiej gęstości firmy Atmel i jest kompatybilne ze standardowymi w branży zestawami instrukcji i wyprowadzeniami 80C51 i 80C52. Jest to jednostka sterująca, którą można zaprogramować zgodnie z wymaganiami. W tym projekcie akceptuje kod binarny odpowiadający wykrytemu tonu, a kod binarny do sterowania silnikami zostanie wysłany do układu scalonego sterownika.

Cechy:

• Produkt ATMEL
• Podobny do 8051
• 8-bitowy mikrokontroler
• Wykorzystuje pamięć EPROM lub FLASH
• Wielokrotne programowanie czasu (MTP)

ATMEL89C51 ma łącznie 40 pinów, które są przeznaczone do różnych funkcji, takich jak I/O, RD, WR, adres i przerwania. Spośród 40 pinów, łącznie 32 piny są odłożone na bok dla czterech portów P0, P1, P2 i P3, gdzie każdy port ma 8 pinów. Pozostałe piny są oznaczone jako Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA i PSEN. Wszystkie te piny z wyjątkiem PSEN i ALE są używane przez wszystkich członków rodzin 8051 i 8031.

Krok 4: L293D STEROWNIK SILNIKA

Oba silniki są napędzane za pomocą układu scalonego sterownika silnika L293D. L293D to czterokierunkowy, dwukierunkowy układ scalony sterownika silnika z mostkiem H, który może napędzać prąd o natężeniu do 600 mA w zakresie napięć od 4,5 do 36 woltów. Nadaje się do napędzania małych silników z przekładnią DC, bipolarnego silnika krokowego itp.

Cechy L293D:

• Możliwość prądu wyjściowego 600ma na kanał
• Szczytowy prąd wyjściowy 1.2A (niepowtarzalny) na kanał
• Włącz zabezpieczenie przed przegrzaniem obiektu
• Logiczne napięcie wejściowe „0” do 1,5 V (odporność na wysokie szumy)
• Wewnętrzne diody zaciskowe

L293D to czteroczłonowe, wysokoprądowe dyski typu half H. L293D jest przeznaczony do dostarczania dwukierunkowego prądu napędu do 600 mA przy napięciach od 4,5 V do 36 V. Oba napędy są przeznaczone do zasilania obciążenia indukcyjnego, takiego jak przekaźnik, solenoid, DC i dwubiegunowy silnik krokowy, a także wysokoprądowego/ obciążenia wysokonapięciowe w zastosowaniach z dodatnim zasilaniem. L293D składa się z czterech wejść ze wzmacniaczami i wyjściowymi obwodami zabezpieczającymi. Napędy są włączane parami, przy czym napędy 1 i 2 są włączone przez 1, 2 EN, a napędy 3 i 4 są włączone przez 3, 4 EN. Gdy wejście zezwalające jest w stanie wysokim, powiązany sterownik jest włączony, a ich wyjścia są aktywne i są w fazie z ich wejściami.

Krok 5: Zasilacz

Baterie DC o niskim obciążeniu są dostarczane z odpowiednim napięciem 5V-9V i prądem max. 1000mA. Aby uzyskać regulowane napięcie prądu stałego, zastosowano regulatory napięcia. Układy scalone regulatorów napięcia są dostępne ze stałym (zazwyczaj 5, 12 i 15 V) lub zmiennym napięciem wyjściowym. Są również oceniane na podstawie maksymalnego prądu, jaki mogą przepłynąć. Dostępne są regulatory napięcia ujemnego, głównie do użytku w podwójnych zasilaczach. Większość regulatorów zawiera pewną automatyczną ochronę przed nadmiernym prądem („zabezpieczenie przed przeciążeniem”) i przegrzaniem („zabezpieczenie termiczne”). Wiele układów scalonych regulatorów napięcia o stałym napięciu ma 3 przewody i wygląda jak tranzystory mocy, na przykład regulator 7805 (+5V, 1A) pokazany po prawej stronie. Zawierają otwór do zamocowania radiatora w razie potrzeby.

Krok 6: Programowanie

Oprogramowanie Keil uVision zostało użyte do opracowania programu dla 89C51, a Orcad Capture / Layout zostało użyte do zaprojektowania i wyprodukowania naszej niestandardowej płytki drukowanej.

Wszystkie typy serii MT8870 wykorzystują cyfrowe techniki zliczania do wykrywania i dekodowania wszystkich 16 par tonów DTMF na 4-bitowy kod wyjściowy. Wbudowany obwód tłumienia sygnału wybierania eliminuje potrzebę wstępnego filtrowania, gdy

sygnał wejściowy podany na pinie 2 (IN-) w konfiguracji z wejściem single-ended jest uznawany za skuteczny, poprawny 4-bitowy sygnał dekodowania tonu DTMF jest przesyłany przez wyjście Q1(pin11) przez Q4(pin 14) do piny wejściowe P1.0 (pin 1) do P1.3 (pin 4) portu 1 układu 89C51 IC. AT89C51 to jednostka kontrolna. W tym projekcie akceptuje kod binarny odpowiadający wykrytemu tonu, a kod binarny do sterowania silnikami zostanie wysłany do układu scalonego sterownika. Sygnały wyjściowe z pinów portu P2.0 do P2.3 mikrokontrolera są podawane na wejścia IN1 do IN4 odpowiednio sterownika silnika L293D, aby napędzać dwa motoreduktory prądu stałego. Używany jest również przełącznik ręcznego resetowania. Wyjście mikrokontrolera nie jest wystarczające do napędzania silników prądu stałego, więc do obracania silnika potrzebne są sterowniki prądowe. L293D składa się z czterech sterowników. Styki IN1 do IN4 i out1 do 4 są odpowiednio pinami wejściowymi i wyjściowymi od drivera1 do drivera4.

Krok 7: Program

ORG 000H

POCZĄTEK:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

L1: MOV A, P1

CJNE A, #04H, L2

MOV A, #0AH

MOV P2, A

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

MOV A, #05H

MOV P2, A

LJMP L1

L3: CJNE A, #0AH, L4

MOV A, #00H

MOV P2, A

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

MOV A, #06H

MOV P2, A

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

MOV A, #09H

MOV P2, A

LJMP L1

KOŃCZYĆ SIĘ

Krok 8: PRODUKCJA PCB

Wykonanie PCB zostało zrealizowane w 4 krokach:

1. Projektowanie układu komponentów

2. Projektowanie układu PCB

3. Wiercenie

4. Trawienie PCB

Komponenty PCB zostały ustawione za pomocą oprogramowania Orcad Capture i zostały zaimportowane do Orcad Layout w celu zaprojektowania połączeń. Układ został następnie odbity w lustrze w celu wydrukowania na oczyszczonej miedzianej płycie. Po wydrukowaniu (użyliśmy drukarki z barwnikiem proszkowym do wydrukowania układu na białym papierze i użyliśmy żelaznego pudełka do podgrzania i przeniesienia odcisku na powierzchnię płyty miedzianej. Dodatkowa miedź została wytrawiona przy użyciu roztworu chlorku żelazowego i jako katalizator użyto niewielkiej ilości kwasu chlorowodorowego. Po odpowiednim wytrawieniu płytki wywiercono otwory za pomocą ręcznej wiertarki do płytek drukowanych. Elementy zostały zakupione i starannie przylutowane do płytki. Jeśli chodzi o układy scalone, najpierw przylutowano dystanse na których umieszczono układy scalone.

Krok 9: Testowanie

Aby robot działał zgodnie z oczekiwaniami, włączyliśmy automatyczne odpowiadanie na telefonie komórkowym NokiaC1-02, którego używaliśmy jako odbiornika w robocie. Więc za każdym razem, gdy ktoś dzwoni pod ten numer, telefon automatycznie odbiera. Kiedy dzwoniący naciśnie przełącznik tonowy, słuchawka odbierająca go odbiera i wysyła do dekodera DTMF przez wyjście audio. Dekoder dekoduje wciśnięty klawisz i powiadamia mikrokontroler 89C51. Mikrokontroler wysyła następnie odpowiednie polecenia sterujące do robota za pośrednictwem sterowników silnika.

Krok 10: Referencje

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