Piirilevyn suunnittelu matkapuhelinohjatulle robotille: 10 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:00

Tein tämän projektin vuonna 2012 pienenä projektina. Tämä hanke sai inspiraationsa siitä, että tarvitaan menetelmä uhkien neutraloimiseksi ilman ihmisten suoraa väliintuloa. Tuolloin kotimaani kärsi voimakkaasti väkivallasta, joka sai minut kehittämään yksinkertaisen robottiajoneuvon, jota voidaan käyttää millä tahansa matkapuhelimella. Robottia ohjataan DTMF -äänitaajuuksilla, mikä mahdollistaa sen laajemman toiminta -alueen jopa 2G -verkoissa. Tässä ohjeessa keskityn enemmän PCB -suunnitteluun.

Tarvikkeet

M8870 DTMF -dekooderi

89C51Mikro -ohjain

L293D -moottorin ohjain

DC -moottorit

Robottiauton runko

Kännykkä

5v Säädetty virtalähde

Vaihe 1: Perusrakenne

Tarkastellaan robotin perusrakennetta.

Siinä esitettyä matkapuhelinta käytetään robotin ohjaamiseen. Soitamme luuriin, joka on sijoitettu robotin sisään, robotti sitten hyväksyy puhelun automaattisesti ja sitten meidän on painettava jokaista näppäintä hallitaksesi robotin liikettä, jota ohjataan siihen liittyvän mikrokontrollerin avulla. Robotti voidaan nollata ulkoisen nollauskytkimen avulla. Jokainen kytkin on varattu jokaiselle toiminnolle. Kun robotin liikettä vastaavaa näppäintä painetaan, DTMF -dekooderi purkaa vastaanottimessa luodun äänen ja lähettää binaarikoodin mikro -ohjaimelle. Mikro -ohjain on ohjelmoitu siten, että kun liikettä vastaavat binaarikoodit havaitaan, mikro -ohjain antaa vastaavan binääritulon moottorin ohjaimelle. Moottorin kuljettaja tulkitsee signaalin ja antaa moottorille sopivat jännitteet, jolloin se kytkee sen ja pyörii moottoria vastaavaan suuntaan.

Vaihe 2: DTMF -DEKOODERI

M8870 on täysi DTMF-vastaanotin, joka yhdistää sekä kaistanjakosuodattimen että dekooderin toiminnot yhdeksi 18-nastaiseksi DIP- tai SOIC-paketiksi. CMOS-prosessitekniikalla valmistettu M-8870 tarjoaa alhaisen virrankulutuksen (enintään 35 mW) ja tarkan tiedonkäsittelyn. Sen suodatinosassa käytetään kytkettyä kondensaattoritekniikkaa sekä korkean että matalan ryhmän suodattimiin ja valintaäänen hylkäämiseen. Sen dekooderi käyttää digitaalisia laskentatekniikoita kaikkien 16 DTMF-ääniparin havaitsemiseksi ja purkamiseksi 4-bittiseksi koodiksi. Ulkoisten komponenttien määrä minimoidaan tarjoamalla sirulla oleva differentiaalitulovahvistin, kelligeneraattori ja lukittu kolmen tilan rajapintaväylä. Vähintään tarvittavia ulkoisia komponentteja ovat edullinen 3,579545 MHz: n väripursekide, ajoitusvastus ja ajoituskondensaattori. M-8870-02 tarjoaa "virrankatkaisu" -vaihtoehdon, joka, kun se on käytössä, laskee kulutuksen alle 0,5 mW. M-8870-02 voi myös estää neljännen sarakkeen numeroiden dekoodauksen.

M8870: n ominaisuudet:

• Täydellinen DTMF -vastaanotin
• Pieni virrankulutus (35 mw)
• Sisäinen vahvistuksen säätövahvistin
• Säädettävät hankinta- ja vapautusajat
• Keskustoimiston laatu
• Virrankatkaisutila (5 mw)
• Yksi 5 voltin virtalähde
• Valintaäänen vaimennus
• Estotila

DTMF-tekniikka lähettää selkeän esityksen puhelimen 16 yleisestä aakkosnumeerisesta merkistä (0-9, A-D, *, #). Pienin käytetty taajuus on 697 Hz ja korkein käytetty 1633 Hz. DTMF -näppäimistö on järjestetty siten, että jokaisella rivillä on oma ainutlaatuinen äänitaajuutensa ja myös jokaisella sarakkeella oma ainutlaatuinen äänitaajuus. Yllä on tyypillisen DTMF -näppäimistön esitys ja siihen liittyvät rivien/sarakkeiden taajuudet. Painamalla näppäintä, esimerkiksi 5, syntyy kaksoisääni, joka koostuu 770 Hz: stä matalalle ryhmälle ja 1336 Hz: lle korkealle ryhmälle.

Vaihe 3: 89C51 MIKROKONTROLLI

Tässä käyttämämme mikro -ohjain on AT89C51. AT89C51 on pienitehoinen, suorituskykyinen 8-bittinen CMOS-mikrotietokone, jossa on 8K tavua Flash-ohjelmoitavaa ja pyyhittävää vain luku -muistia (PEROM). Laite on valmistettu Atmelin tiheän haihtumattoman muistitekniikan avulla, ja se on yhteensopiva alan standardin 80C51 ja 80C52 käskysarjan ja pinoutin kanssa. Se on ohjausyksikkö, joka voidaan ohjelmoida vaatimusten mukaisesti. Tässä projektissa se hyväksyy havaittua ääntä vastaavan binäärikoodin ja binaarikoodi moottoreiden ohjaamiseksi lähetetään ohjaimen IC: lle.

Ominaisuudet:

• ATMELin tuote
• Samanlainen kuin 8051
• 8-bittinen mikro-ohjain
• Käyttää EPROM- tai FLASH -muistia
• Useita aikoja ohjelmoitava (MTP)

ATMEL89C51: ssä on yhteensä 40 nastaa, jotka on omistettu eri toiminnoille, kuten I/O, RD, WR, osoite ja keskeytykset. 40 nastaa, yhteensä 32 nastaa varattu neljä porttia P0, P1, P2 ja P3, joissa jokainen portti kestää 8 nastaa. Loput nastat on merkitty Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA ja PSEN. Kaikki nämä nastat paitsi PSEN ja ALE ovat kaikkien 8051- ja 8031 -perheen jäsenten käytössä.

Vaihe 4: L293D -MOOTTORIAJURI

Molempia moottoreita käytetään L293D -moottorin ohjainpiirillä. L293D on nelinkertainen puolisuuntainen H-sillan kaksisuuntainen moottorin ohjainpiiri, joka voi käyttää jopa 600 mA: n virtaa 4,5-36 voltin jännitealueella. Se soveltuu pienille tasavirtamoottorille, kaksinapaiselle askelmoottorille jne.

L293D: n ominaisuudet:

• 600 mA lähtövirta kanavaa kohti
• 1.2A huippulähtövirta (ei toistuva) kanavaa kohti
• Ota FacilityOver-lämpötilan suojaus käyttöön
• Looginen "0" tulojännite jopa 1,5 v (korkea kohinanvaimennus)
• Sisäiset puristusdiodit

L293D on nelinkertainen suurvirtainen puoli H -asema. L293D on suunniteltu tarjoamaan kaksisuuntainen taajuusmuuttajavirta 600 mA jännitteillä 4,5 V - 36 V. suurjännitekuormitukset positiivisissa syöttösovelluksissa. L293D koostuu neljästä tulosta, joissa on vahvistimet ja lähtösuojapiirit. Taajuusmuuttajat ovat käytössä pareittain, ja taajuusmuuttajat 1 ja 2 ovat käytössä 1, 2 FI ja taajuusmuuttajat 3 ja 4 käytössä 3, 4 FI. Kun aktivointitulo on korkea, siihen liittyvä ohjain on käytössä ja niiden lähdöt ovat aktiivisia ja tulojen kanssa samassa vaiheessa.

Vaihe 5: Virtalähde

Pienitehoisissa DC-akuissa on asianmukainen jännite 5V- 9V ja virta enintään. 1000 mA. Säädetyn tasavirtajännitteen saamiseksi käytettiin jännitesäätimiä. Jännitteensäätimen IC: t ovat saatavana kiinteillä (tyypillisesti 5, 12 ja 15 V) tai muuttuvilla lähtöjännitteillä. Ne luokitellaan myös suurimman mahdollisen virran perusteella. Negatiivisia jännitesäätimiä on saatavana lähinnä kaksoissyöttöihin. Useimmat säätimet sisältävät automaattisen suojan liialliselta virralta (ylikuormitussuoja) ja ylikuumenemiselta (lämpösuojaus). Monissa kiinteän jännitteen säätimen IC -laitteissa on 3 johtoa ja ne näyttävät tehotransistoreilta, kuten 7805 (+5V, 1A) -säädin oikealla. Niissä on reikä jäähdytyselementin kiinnittämiseksi tarvittaessa.

Vaihe 6: Ohjelmointi

Keil uVision -ohjelmistoa käytettiin 89C51: n ohjelman kehittämiseen ja Orcad Capture / Layout -ohjelmaa suunniteltiin ja valmistettiin räätälöityjä piirilevyjämme.

Kaikki MT8870-sarjan tyypit käyttävät digitaalisia laskentatekniikoita kaikkien 16 DTMF-ääniparin havaitsemiseksi ja purkamiseksi 4-bittiseksi koodilähdöksi. Sisäänrakennettu valintaäänen hylkäyspiiri poistaa esisuodatuksen tarpeen, kun

tulosignaali annettiin nastassa 2 (IN-) yksipäisessä tulokokoonpanossa, todetaan tehokkaaksi, oikea 4-bittinen DTMF-äänen dekoodaussignaali siirretään Q1 (nasta 11)-Q 4 (nasta 14) -lähdön kautta 89C51 IC: n portin 1 tulonastat P1.0 (nasta 1) - P1.3 (nasta 4). AT89C51 on ohjausyksikkö. Tässä projektissa se hyväksyy havaittua ääntä vastaavan binäärikoodin ja binaarikoodi moottoreiden ohjaamiseksi lähetetään ohjaimen IC: lle. Mikro -ohjaimen porttien P2.0 - P2.3 lähtö syötetään vastaavasti moottorin ohjaimen L293D sisääntuloon IN1 - IN4 kahden vaihteistetun tasavirtamoottorin käyttämiseksi. Käytetään myös manuaalista nollauskytkintä. Mikro -ohjaimen lähtö ei riitä tasavirtamoottoreiden käyttämiseen, joten moottorin pyörimiseen tarvitaan virtakytkimiä. L293D sisältää neljä ohjainta. Nastat IN1 - IN4 ja lähtö1 kaikkialla 4 ovat ohjaimen1 ja ohjaimen4 tulo- ja lähtönastat.

Vaihe 7: Ohjelmoi

ORG 000H

ALKAA:

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

LOPPU

Vaihe 8: Piirilevyjen valmistus

PCB: n valmistus valmistui neljässä vaiheessa:

1. Komponenttiasettelun suunnittelu

2. PCB -asettelun suunnittelu

3. Poraus

4. Piirilevyn etsaus

Piirilevykomponentit asennettiin Orcad Capture -ohjelmistolla, ja ne tuotiin Orcad Layout -ohjelmaan yhteyksien suunnittelua varten. Asettelu peilattiin sitten tulostettavaksi puhdistetulle kuparilevylle. Tulostuksen jälkeen (käytimme jauheväripohjaista tulostinta ulkoasun asettamiseen valkoiselle paperille ja rautalaatikkoa lämmittämään ja siirtämään vaikutelman kuparilevyn pinnalle. Ylimääräinen kupari syövytettiin pois ferrikloridiliuoksella ja katalysaattorina käytettiin pieni määrä suolahappoa. Kun levy oli oikein syövytetty, reiät porattiin kädessä pidettävällä PCB -porakoneella. Komponentit ostettiin ja juotettiin huolellisesti levylle. johon IC: t sijoitettiin.

Vaihe 9: Testaus

Jotta robotti toimisi odotetusti, otimme automaattisen vastauksen käyttöön NokiaC1-02-matkapuhelimessa, jota käytimme robotin vastaanottimena. Joten aina, kun joku soittaa tähän numeroon, matkapuhelin vastaa automaattisesti. Kun soittaja painaa äänikytkintä, vastaanotinluuri vastaanottaa sen ja lähettää sen DTMF -dekooderille äänilähdön kautta. Dekooderi purkaa painetun näppäimen ja ilmoittaa 89C51 -mikrokontrollerille. Mikro -ohjain antaa sitten asianmukaiset ohjauskomennot robotille moottoriajurien kautta.

Vaihe 10: Viitteet

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