Deska plošných spojů pro robota ovládaného mobilním telefonem: 10 kroků

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-30 08:20

Tento projekt jsem udělal v roce 2012 jako svůj menší projekt. Tento projekt byl inspirován potřebou metody k neutralizaci hrozeb bez přímého zásahu lidí. V té době byla moje země tvrdě zasažena násilím, které mě motivovalo k vývoji a jednoduchému robotickému vozidlu, které lze ovládat jakýmkoli mobilním telefonem. Robot je řízen pomocí zvukových frekvencí DTMF, což mu umožňuje mít širší operační pokrytí i v sítích 2G. V tomto instruktu se budu více věnovat návrhu DPS.

Zásoby

M8870 dekodér DTMF

Mikrokontrolér 89C51

Ovladač motoru L293D

DC motory

Robotický podvozek automobilu

Mobilní telefon

Regulované napájení 5v

Krok 1: Základní struktura

Podívejme se na základní strukturu robota.

K ovládání robota slouží mobilní telefon, který je zde zobrazen. Zavoláme na sluchátko, které je umístěno uvnitř robota, robot pak automaticky přijme hovor a poté musíme stisknout každou klávesu, abychom ovládali pohyb robota, který je řízen pomocí mikrokontroléru, který je s ním spojen. Robota lze resetovat pomocí externího resetovacího spínače. Každý přepínač je přidělen pro každou operaci. Když je stisknuto tlačítko odpovídající pohybu robota, dekodér DTMF dekóduje tón generovaný v přijímači a odešle binární kód do mikrokontroléru. Mikrokontrolér je naprogramován tak, že když jsou detekovány binární kódy odpovídající pohybu, dá mikrokontrolér odpovídající binární vstup do ovladače motoru. Řidič motoru bude interpretovat signál a poskytne motoru odpovídající napětí, čímž jej přepne a otočí motor v odpovídajícím směru.

Krok 2: DTMF DECODER

M8870 je úplný přijímač DTMF, který integruje funkce pásmového děleného filtru a dekodéru do jednoho 18kolíkového DIP nebo SOIC balíčku. M-8870 je vyroben pomocí procesní technologie CMOS a nabízí nízkou spotřebu energie (max. 35 mW) a přesné zpracování dat. Jeho filtrační část využívá technologii spínaných kondenzátorů pro filtry s vysokou i nízkou skupinou a pro odmítnutí oznamovacího tónu. Jeho dekodér využívá techniky digitálního počítání k detekci a dekódování všech 16 párů tónů DTMF do 4bitového kódu. Počet externích komponent je minimalizován poskytnutím diferenciálního vstupního zesilovače na čipu, generátoru hodin a sběrnice třístavového rozhraní. Minimální požadované externí komponenty zahrnují levný krystalový barevný burst 3,579545 MHz, časovací odpor a časovací kondenzátor. M-8870-02 nabízí možnost „vypnutí“, která po povolení sníží spotřebu na méně než 0,5 mW. M-8870-02 může také inhibovat dekódování číslic čtvrtého sloupce.

Vlastnosti M8870:

• Kompletní přijímač DTMF
• Nízká spotřeba energie (35 mw)
• Interní zesilovač nastavení zisku
• Nastavitelné doby pořízení a uvolnění
• Kvalita centrální kanceláře
• Režim vypnutí (5 mw)
• Jeden 5voltový napájecí zdroj
• Potlačení oznamovacího tónu
• Inhibit mode

Technika DTMF vytváří na telefonu zřetelnou reprezentaci 16 běžných alfanumerických znaků (0-9, A-D, *, #). Nejnižší použitá frekvence je 697 Hz a nejvyšší použitá frekvence je 1633 Hz. Klávesnice DTMF je uspořádána tak, že každý řádek bude mít svou vlastní jedinečnou frekvenci tónů a také každý sloupec bude mít svou vlastní jedinečnou frekvenci tónů. Výše je znázorněna typická klávesnice DTMF a související frekvence řádků/sloupců. Stisknutím klávesy, například 5, se vytvoří duální tón skládající se ze 770 Hz pro nízkou skupinu a 1336 Hz pro vysokou skupinu.

Krok 3: MICROCONTROLLER 89C51

Mikrokontrolér, který zde používáme, je AT89C51. AT89C51 je 8bitový mikropočítač CMOS s malým výkonem a 8 kB bajtů programovatelné a vymazatelné paměti Flash (PEROM). Zařízení je vyrobeno pomocí technologie energeticky nezávislé paměti Atmel s vysokou hustotou a je kompatibilní s průmyslovou standardní sadou instrukcí 80C51 a 80C52 a vývodem. Jedná se o řídicí jednotku, kterou lze naprogramovat podle požadavků. V tomto projektu přijímá binární kód odpovídající detekovanému tónu a binární kód pro pohon motorů bude odeslán do IC ovladače.

Funkce:

• Výrobek ATMEL
• Podobně jako 8051
• 8bitový mikrokontrolér
• Používá paměť EPROM nebo FLASH
• Vícenásobně programovatelné (MTP)

ATMEL89C51 má celkem 40 pinů, které jsou určeny pro různé funkce, jako jsou I/O, RD, WR, adresa a přerušení. Ze 40 pinů je pro čtyři porty P0, P1, P2 a P3 vyhrazeno celkem 32 pinů, kde každý port zabírá 8 pinů. Zbývající kolíky jsou označeny jako Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA a PSEN. Všechny tyto piny kromě PSEN a ALE používají všichni členové rodin 8051 a 8031.

Krok 4: MOTOROVÝ ŘIDIČ L293D

Oba motory jsou poháněny pomocí integrovaného obvodu ovladače motoru L293D. L293D je čtyřnásobný poloviční obousměrný ovladač obousměrného motoru H-můstku, který může pohánět proud až 600mA s rozsahem napětí 4,5 až 36 voltů. Je vhodný k pohonu malých stejnosměrných motorů, bipolárního krokového motoru atd.

Vlastnosti L293D:

• 600mA výstupní proudová schopnost na kanál
• Špičkový výstupní proud 1,2 A (neopakující se) na kanál
• Zapněte ochranu zařízení před přehřátím
• Logické „0“vstupní napětí až 1,5 V (vysoká odolnost proti rušení)
• Vnitřní upínací diody

L293D jsou čtyřnásobné polovodičové vysokonapěťové pohony. L293D je navržen tak, aby poskytoval obousměrný pohonný proud až 600 mA při napětí od 4,5 V do 36 V. Oba pohony jsou navrženy pro pohon indukční zátěže, jako je relé, solenoid, DC a bipolární krokový motor, stejně jako vysoký proud/ vysokonapěťová zatížení v aplikacích s pozitivním napájením. L293D se skládá ze čtyř vstupů se zesilovači a výstupních ochranných obvodů. Jednotky jsou povoleny ve dvojicích, přičemž jednotky 1 a 2 jsou povoleny o 1, 2 EN a jednotky 3 a 4 jsou povoleny o 3, 4 EN. Když je aktivační vstup vysoký, příslušný ovladač se aktivuje a jejich výstupy jsou aktivní a ve fázi se svými vstupy.

Krok 5: Napájecí jednotka

Nízkonapěťové stejnosměrné baterie se dodávají s odpovídajícím napětím 5 V- 9 V a proudem max. 1000mA. K získání regulovaného stejnosměrného napětí byly použity regulátory napětí. Integrované obvody regulátoru napětí jsou k dispozici s pevným (typicky 5, 12 a 15 V) nebo proměnným výstupním napětím. Jsou také hodnoceny maximálním proudem, který mohou projít. K dispozici jsou regulátory záporného napětí, hlavně pro použití v duálním napájení. Většina regulátorů obsahuje automatickou ochranu proti nadměrnému proudu („ochrana proti přetížení“) a přehřátí („tepelná ochrana“). Mnoho integrovaných obvodů regulátoru pevného napětí má 3 vývody a vypadá jako výkonové tranzistory, například regulátor 7805 (+5V, 1A) zobrazený vpravo. Obsahují otvor pro připojení chladiče v případě potřeby.

Krok 6: Programování

Ke vývoji programu pro 89C51 byl použit software Keil uVision a Orcad Capture / Layout byl použit k návrhu a výrobě naší vlastní desky plošných spojů.

Všechny typy řady MT8870 používají techniky digitálního počítání k detekci a dekódování všech 16 párů tónů DTMF do výstupu 4bitového kódu. Integrovaný obvod odmítnutí oznamovacího tónu eliminuje potřebu předběžného filtrování, když

vstupní signál byl uveden na pinu 2 (IN-) v konfiguraci s jedním koncem vstupu je uznáno za účinné, správný 4bitový dekódovací signál tónu DTMF je přenášen přes výstup Q1 (pin11) přes Q4 (pin 14) do vstupní piny P1.0 (pin 1) až P1.3 (pin 4) portu 1 IC 89C51. AT89C51 je řídicí jednotka. V tomto projektu přijímá binární kód odpovídající detekovanému tónu a binární kód pro pohon motorů bude odeslán do IC ovladače. Výstup z portových pinů P2.0 až P2.3 mikrokontroléru je přiváděn na vstup IN1 až IN4 ovladače motoru L293D, v uvedeném pořadí, pro pohon dvou převodových stejnosměrných motorů. Používá se také přepínač ručního resetování. Výstup mikrokontroléru nepostačuje k pohonu stejnosměrných motorů, takže pro otáčení motoru jsou zapotřebí proudové ovladače. L293D se skládá ze čtyř ovladačů. Pin IN1 až IN4 a out1 ve všech 4 jsou vstupní a výstupní piny ovladače 1 až ovladače 4.

Krok 7: Program

ORG 000H

START:

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

KONEC

Krok 8: FABRIKACE DPS

Výroba DPS byla dokončena ve 4 krocích:

1. Navrhování rozložení komponent

2. Návrh rozvržení desky plošných spojů

3. Vrtání

4. Leptání DPS

Komponenty DPS byly nastaveny pomocí softwaru Orcad Capture a byly importovány do Orcad Layout pro návrh připojení. Rozložení bylo poté zrcadleno pro tisk na vyčištěnou měděnou desku. Po tisku (tiskárnou na bázi práškového barviva jsme vytiskli rozvržení na bílý papír a železnou krabicí jsme zahřáli a přenesli otisk na povrch měděné desky. Extra měď byla vyleptána pomocí roztoku chloridu železitého a malé množství kyseliny chlorovodíkové bylo použito jako katalyzátor. Poté, co byla deska řádně vyleptána, byly otvory vyvrtány pomocí ručního vrtáku do DPS. Komponenty byly zakoupeny a pečlivě připájeny na desku. Pokud jde o integrované obvody, nejprve byly pájeny patky na které byly umístěny IC.

Krok 9: Testování

Aby robot fungoval podle očekávání, umožnili jsme automatické odpovídání na mobilním telefonu NokiaC1-02, který jsme použili jako přijímač na robotu. Takže kdykoli někdo zavolá na toto číslo, mobilní telefon automaticky odpoví. Když volající stiskne přepínač tónu, sluchátko přijímače jej přijme a odešle do dekodéru DTMF prostřednictvím zvukového výstupu. Dekodér dekóduje stisknutou klávesu a upozorní mikrokontrolér 89C51. Mikroprocesor poté vydává příslušné řídicí příkazy robotu prostřednictvím ovladačů motoru.

Krok 10: Reference

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