PCB dizainas mobiliojo telefono valdomam robotui: 10 žingsnių

2024 Autorius: John Day | [email protected]. Paskutinį kartą keistas: 2024-01-30 10:45

Šį projektą dariau dar 2012 metais kaip savo nedidelį projektą. Šį projektą įkvėpė poreikis metodui, kaip neutralizuoti grėsmes be tiesioginio žmonių įsikišimo. Tuo metu mano šalį smarkiai paveikė smurtas, kuris paskatino mane sukurti paprastą robotinę transporto priemonę, kurią būtų galima valdyti bet kuriuo mobiliuoju telefonu. Robotas valdomas naudojant DTMF garso dažnius, todėl jis turi didesnį veikimo aprėptį net 2G tinkluose. Šioje instrukcijoje daugiau dėmesio skirsiu PCB dizainui.

Prekės

M8870 DTMF dekoderis

89C51Mikrovaldiklis

L293D variklio tvarkyklė

DC varikliai

Automobilių robotų važiuoklė

Mobilusis telefonas

5v reguliuojamas maitinimas

1 žingsnis: pagrindinė struktūra

Patikrinkime pagrindinę roboto struktūrą.

Rodomas mobilusis ragelis yra naudojamas robotui valdyti. Skambiname į ragelį, kuris yra roboto viduje, tada robotas automatiškai priima skambutį ir tada turime paspausti kiekvieną klavišą, kad valdytume roboto judesį, kuris yra valdomas su juo susijusio mikrovaldiklio pagalba. Robotą galima iš naujo nustatyti naudojant išorinį atstatymo jungiklį. Kiekvienas jungiklis yra skirtas kiekvienai operacijai. Kai paspaudžiamas roboto judesį atitinkantis klavišas, DTMF dekoderis dekoduoja imtuve sugeneruotą toną ir siunčia dvejetainį kodą mikrovaldikliui. Mikrovaldiklis užprogramuotas taip, kad aptikus judesį atitinkančius dvejetainius kodus, mikrovaldiklis duos atitinkamą dvejetainį įvestį variklio vairuotojui. Variklio vairuotojas interpretuos signalą ir suteiks varikliui reikiamą įtampą, taip jį perjungdamas ir sukdamas variklį atitinkama kryptimi.

2 veiksmas: DTMF dekoderis

„M8870“yra visas DTMF imtuvas, integruojantis juostų padalijimo filtrą ir dekoderio funkcijas į vieną 18 kontaktų DIP arba SOIC paketą. Pagaminta naudojant CMOS proceso technologiją, „M-8870“siūlo mažas energijos sąnaudas (ne daugiau kaip 35 mW) ir tikslų duomenų apdorojimą. Jo filtrų skyriuje naudojama perjungto kondensatoriaus technologija tiek aukštos, tiek žemos grupės filtrams ir rinkimo tono atmetimui. Jo dekoderis naudoja skaitmeninius skaičiavimo metodus, kad aptiktų ir iššifruotų visas 16 DTMF tonų porų į 4 bitų kodą. Išorinių komponentų skaičius sumažinamas, kai yra lusto diferencinis įvesties stiprintuvas, laikrodžio generatorius ir fiksuota trijų būsenų sąsajos magistralė. Minimalūs reikalingi išoriniai komponentai yra nebrangūs 3,579545 MHz spalvų sprogimo kristalai, laiko rezistorius ir laiko kondensatorius. M-8870-02 suteikia „išjungimo“parinktį, kuri įjungus sumažina energijos suvartojimą iki mažiau nei 0,5 mW. M-8870-02 taip pat gali slopinti ketvirtojo stulpelio skaitmenų dekodavimą.

M8870 savybės:

• Pilnas DTMF imtuvas
• Mažos energijos sąnaudos (35 mw)
• Vidinis stiprinimo nustatymo stiprintuvas
• Reguliuojamas gavimo ir išleidimo laikas
• Centrinio biuro kokybė
• Išjungimo režimas (5 mw)
• Vieno 5 voltų maitinimo šaltinis
• Skambėjimo tono slopinimas
• Slopinimo režimas

Naudojant DTMF metodą telefone pateikiamas 16 įprastų raidinių ir skaitinių simbolių (0–9, A – D, *, #). Žemiausias naudojamas dažnis yra 697 Hz, o didžiausias - 1633 Hz. DTMF klaviatūra yra išdėstyta taip, kad kiekviena eilutė turės savo unikalų tonų dažnį, taip pat kiekvienas stulpelis turės savo unikalų tonų dažnį. Viršuje pavaizduota tipinė DTMF klaviatūra ir susiję eilių/stulpelių dažniai. Paspaudus klavišą, pavyzdžiui, 5, bus sukurtas dvigubas tonas, susidedantis iš 770 Hz žemai grupei ir 1336 Hz aukštai grupei.

3 žingsnis: 89C51 MICROCONTROLLER

Čia naudojamas mikrovaldiklis yra AT89C51. AT89C51 yra mažos galios, didelio našumo 8 bitų CMOS mikrokompiuteris, turintis 8K baitų programuojamą ir ištrinamą „Flash“atmintį (PEROM). Prietaisas yra pagamintas naudojant „Atmel“didelio tankio nepastovios atminties technologiją ir yra suderinamas su pramonės standartu 80C51 ir 80C52 instrukcijų rinkiniu ir „pinout“. Tai valdymo blokas, kurį galima užprogramuoti pagal reikalavimus. Šiame projekte jis priima dvejetainį kodą, atitinkantį aptiktą toną, ir dvejetainis variklių varymo kodas bus išsiųstas į vairuotojo IC.

Funkcijos:

• ATMEL produktas
• Panašus į 8051
• 8 bitų mikrovaldiklis
• Naudoja EPROM arba FLASH atmintį
• Kelis kartus programuojamas (MTP)

Iš viso ATMEL89C51 turi 40 kaiščių, skirtų įvairioms funkcijoms, tokioms kaip įvestis/išvestis, RD, WR, adresas ir pertraukimai. Iš 40 kaiščių iš viso 32 kaiščiai skirti keturiems prievadams P0, P1, P2 ir P3, kur kiekvienam prievadui reikia 8 kaiščių. Likę kaiščiai yra pažymėti kaip Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA ir PSEN. Visus šiuos kaiščius, išskyrus PSEN ir ALE, naudoja visi 8051 ir 8031 šeimos nariai.

4 žingsnis: L293D MOTOR DRIVER

Abu varikliai varomi naudojant L293D variklio tvarkyklės IC. „L293D“yra keturgubas pusės H tilto dvikryptis variklio tvarkyklės IC, galintis valdyti iki 600 mA srovę, kai įtampos diapazonas yra nuo 4,5 iki 36 voltų. Tinka vairuoti mažus nuolatinės srovės variklius, bipolinį žingsninį variklį ir kt.

L293D savybės:

• 600ma išėjimo srovės galimybė vienam kanalui
• 1.2A didžiausia išėjimo srovė (nesikartojanti) vienam kanalui
• Įgalinti apsaugą nuo per didelės temperatūros
• Loginė „0“įėjimo įtampa iki 1,5 v (didelis triukšmo atsparumas)
• Vidiniai gnybtų diodai

L293D yra keturis kartus didelės srovės pusės H pavaros. L293D sukurtas tiekti dvikryptę pavaros srovę iki 600 mA esant 4,5 V - 36 V. įtampai. aukštos įtampos apkrovos teigiamame maitinimo šaltinyje. L293D susideda iš keturių įėjimų su stiprintuvais ir išėjimo apsaugos grandinėmis. Pavaros įjungiamos poromis, 1 ir 2 pavaros įjungtos 1, 2 EN, o 3 ir 4 - 3, 4 LT. Kai įjungimo įvestis yra didelė, susijusi tvarkyklė yra įjungta, o jų išėjimai yra aktyvūs ir atitinka jų įvestis.

5 žingsnis: maitinimo blokas

Mažos galios nuolatinės srovės akumuliatoriai tiekiami su atitinkama 5V- 9V įtampa ir maks. 1000 mA. Norint gauti reguliuojamą nuolatinę įtampą, buvo naudojami įtampos reguliatoriai. Įtampos reguliatorių IC galima įsigyti su fiksuota (paprastai 5, 12 ir 15 V) arba kintama išėjimo įtampa. Jie taip pat vertinami pagal didžiausią srovę, kurią jie gali praleisti. Galimi neigiami įtampos reguliatoriai, daugiausia skirti naudoti dviejuose maitinimo šaltiniuose. Dauguma reguliatorių apima tam tikrą automatinę apsaugą nuo per didelės srovės („apsauga nuo perkrovos“) ir perkaitimo („šiluminė apsauga“). Daugelis fiksuotos įtampos reguliatorių IC turi 3 laidus ir atrodo kaip galios tranzistoriai, pvz., 7805 (+5V, 1A) reguliatorius, parodytas dešinėje. Juose yra skylė, skirta prireikus pritvirtinti radiatorių.

6 žingsnis: programavimas

„Keil uVision“programinė įranga buvo naudojama kuriant 89C51 programą, o „Orcad Capture / Layout“buvo naudojama projektuojant ir gaminant pagal užsakymą pagamintas PCB.

Visi MT8870 serijos tipai naudoja skaitmeninius skaičiavimo metodus, kad aptiktų ir iššifruotų visas 16 DTMF tonų porų į 4 bitų kodo išvestį. Integruota rinkimo tono atmetimo grandinė nereikalauja išankstinio filtravimo, kai

įvesties signalas buvo pateiktas 2 kaištyje (IN-), kai vieno galo įvesties konfigūracija yra veiksminga, teisingas DTMF tono 4 bitų dekodavimo signalas perduodamas per Q1 (kaištelis 11) per Q 4 (14 kaištis) išvestį į 89C51 IC 1 prievado įvesties kaiščiai P1.0 (1 kaištis) - P1.3 (4 kaištis). AT89C51 yra valdymo blokas. Šiame projekte jis priima dvejetainį kodą, atitinkantį aptiktą toną, ir dvejetainis kodas varikliams valdyti bus išsiųstas į vairuotojo IC. Išėjimas iš mikrovaldiklio prievadų kaiščių P2.0 - P2.3 tiekiamas į atitinkamai variklio tvarkyklės L293D įvestį IN1 - IN4, kad būtų galima valdyti du pavarų nuolatinės srovės variklius. Taip pat naudojamas rankinis atstatymo jungiklis. Mikrovaldiklio išėjimo nepakanka nuolatinės srovės varikliams valdyti, todėl variklio sukimui reikalingi srovės valdikliai. L293D sudaro keturios tvarkyklės. Kaiščiai nuo IN1 iki IN4 ir išvestis 4 per 4 yra atitinkamai įvesties ir išvesties smeigtukai iš tvarkyklės1 į tvarkyklę4.

7 žingsnis: programa

ORG 000H

PRADĖTI:

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

GALAS

8 žingsnis: PCB DIRBIMAS

PCB gamyba buvo baigta 4 etapais:

1. Komponentų išdėstymo projektavimas

2. PCB išdėstymo projektavimas

3. Gręžimas

4. PCB ėsdinimas

PCB komponentai buvo nustatyti naudojant „Orcad Capture“programinę įrangą ir buvo importuoti į „Orcad Layout“, kad būtų galima sukurti jungtis. Tada išdėstymas buvo atspindėtas spausdinti ant išvalytos vario plokštės. Po spausdinimo (mes panaudojome miltelių dažų pagrindu pagamintą spausdintuvą, norėdami išspausdinti maketą ant balto popieriaus, o geležinę dėžę panaudojome šildymui ir įspūdžio perkėlimui ant vario plokštės paviršiaus. Papildomas varis buvo išgraviruotas naudojant geležies chlorido tirpalą ir kaip katalizatorius buvo naudojamas nedidelis druskos rūgšties kiekis. Tinkamai išgraviravus plokštę, skylės buvo išgręžtos rankiniu PCB gręžtuvu. Komponentai buvo nupirkti ir atsargiai prilituoti prie plokštės. Kalbant apie IC, pirmiausia buvo lituota ant kurių buvo dedami IC.

9 žingsnis: bandymas

Kad robotas veiktų taip, kaip tikėtasi, įgalinome automatinį atsakymą mobiliajame telefone „NokiaC1-02“, kurį naudojome kaip roboto imtuvą. Taigi, kai kas nors skambina tuo numeriu, mobilusis telefonas automatiškai atsiliepia. Kai skambinantysis paspaudžia toninį jungiklį, imtuvo ragelis jį priima ir siunčia į DTMF dekoderį per garso išvestį. Dekoderis dekoduoja paspaustą klavišą ir praneša 89C51 mikrovaldikliui. Tada mikrovaldiklis per variklio tvarkykles robotui išduoda atitinkamas valdymo komandas.

10 žingsnis: nuorodos

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