Дизайн печатной платы для робота, управляемого мобильным телефоном: 10 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:50

Я сделал этот проект еще в 2012 году как свой второстепенный проект. Этот проект был вдохновлен потребностью в способе нейтрализации угроз без прямого вмешательства человека. Это было время, моя страна сильно пострадала от насилия, которое побудило меня разработать простой роботизированный автомобиль, которым можно было управлять с любого мобильного телефона. Робот управляется с помощью звуковых частот DTMF, что позволяет ему иметь более широкое рабочее покрытие даже в сетях 2G. В этом руководстве я сосредоточусь больше на дизайне печатной платы.

Запасы

M8870 DTMF декодер

89C51Микроконтроллер

Драйвер двигателя L293D

Двигатели постоянного тока

Шасси автомобиля-робота

Сотовый телефон

Регулируемый источник питания 5 В

Шаг 1: Базовая структура

Осмотрим основную структуру робота.

Изображенный там мобильный телефон используется для управления роботом. Мы звоним на телефонную трубку, которая находится внутри робота, затем робот автоматически принимает вызов, а затем мы должны нажимать каждую клавишу, чтобы управлять движением робота, которое управляется с помощью связанного с ним микроконтроллера. Робот можно сбросить с помощью внешнего переключателя сброса. Каждый переключатель предназначен для каждой операции. При нажатии клавиши, соответствующей движению робота, декодер DTMF декодирует тон, генерируемый в приемнике, и отправляет двоичный код в микроконтроллер. Микроконтроллер запрограммирован таким образом, что при обнаружении двоичных кодов, соответствующих движению, микроконтроллер подает соответствующий двоичный вход на драйвер двигателя. Драйвер двигателя интерпретирует сигнал и подает на двигатель соответствующее напряжение, тем самым переключает его и вращает двигатель в соответствующем направлении.

Шаг 2: DTMF-ДЕКОДЕР

M8870 - это полноценный DTMF-приемник, который объединяет как полосовой фильтр, так и функции декодера в одном 18-контактном корпусе DIP или SOIC. Изготовленный с использованием технологии CMOS, M-8870 отличается низким энергопотреблением (макс. 35 мВт) и точной обработкой данных. Его фильтрующая секция использует технологию переключаемых конденсаторов как для групповых фильтров высоких, так и для низких частот, а также для подавления тонального сигнала ответа станции. Его декодер использует методы цифрового подсчета для обнаружения и декодирования всех 16 пар тонов DTMF в 4-битный код. Количество внешних компонентов сводится к минимуму за счет наличия на кристалле дифференциального входного усилителя, тактового генератора и шины интерфейса с тремя состояниями с фиксацией. Минимальные требуемые внешние компоненты включают недорогой кристалл цветовой синхронизации 3,579545 МГц, резистор синхронизации и конденсатор синхронизации. В M-8870-02 предусмотрена опция отключения питания, которая при включении снижает потребление до менее 0,5 мВт. M-8870-02 также может запрещать декодирование цифр четвертого столбца.

Особенности M8870:

• Полный приемник DTMF
• Низкое энергопотребление (35 мВт)
• Усилитель с внутренней настройкой усиления
• Регулируемое время сбора и выпуска
• Качество центрального офиса
• Режим пониженного энергопотребления (5 мВт)
• Одиночный источник питания 5 Вольт
• Подавление гудка
• Режим запрета

Метод DTMF выводит на телефон отдельное представление из 16 общих буквенно-цифровых символов (0-9, A-D, *, #). Самая низкая используемая частота составляет 697 Гц, а самая высокая используемая частота - 1633 Гц. Клавиатура DTMF устроена так, что каждая строка будет иметь свою собственную уникальную частоту тона, а также каждый столбец будет иметь свою собственную уникальную частоту тона. Выше представлена типичная клавиатура DTMF и соответствующие частоты строк / столбцов. При нажатии клавиши, например, 5, будет генерироваться двухтональный сигнал, состоящий из 770 Гц для нижней группы и 1336 Гц для высокой группы.

Шаг 3: МИКРОКОНТРОЛЛЕР 89C51

Здесь мы используем микроконтроллер AT89C51. AT89C51 - это маломощный, высокопроизводительный 8-разрядный КМОП-микрокомпьютер с 8 Кбайт программируемой флэш-памяти и стираемой постоянной памяти (PEROM). Устройство изготовлено с использованием технологии энергонезависимой памяти высокой плотности Atmel и совместимо со стандартным набором команд 80C51 и 80C52 и распиновкой. Это блок управления, который можно запрограммировать в соответствии с требованиями. В этом проекте он принимает двоичный код, соответствующий обнаруженному тональному сигналу, и двоичный код для управления двигателями будет отправлен на IC драйвера.

Функции:

• Продукт ATMEL
• Похоже на: 8051
• 8-битный микроконтроллер
• Использует EPROM или FLASH память
• Многократное программирование (MTP)

ATMEL89C51 имеет в общей сложности 40 контактов, которые предназначены для различных функций, таких как ввод / вывод, RD, WR, адрес и прерывания. Из 40 контактов всего 32 контакта отведены для четырех портов P0, P1, P2 и P3, где каждый порт занимает 8 контактов. Остальные контакты обозначены как Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA и PSEN. Все эти контакты, кроме PSEN и ALE, используются всеми членами семейств 8051 и 8031.

Шаг 4: ДРАЙВЕР МОТОРА L293D

Оба двигателя приводятся в действие с помощью микросхемы драйвера двигателя L293D. L293D - это микросхема двунаправленного драйвера двигателя с четырьмя полумостами, которая может управлять током до 600 мА в диапазоне напряжений от 4,5 до 36 В. Он подходит для управления небольшими двигателями постоянного тока с редуктором, биполярными шаговыми двигателями и т. Д.

Особенности L293D:

• Выходной ток 600 мА на канал
• Пиковый выходной ток 1,2 А (неповторяющийся) на канал
• Включить защиту от перегрева
• Входное напряжение логического «0» до 1,5 В (высокая помехоустойчивость)
• Внутренние фиксирующие диоды

L293D - это четырехконтактные сильноточные приводы половинной высоты. L293D разработан для обеспечения двунаправленного тока привода до 600 мА при напряжении от 4,5 В до 36 В. Оба привода предназначены для управления индуктивной нагрузкой, такой как реле, соленоид, постоянный и биполярный шаговый двигатель, а также большой ток / высоковольтные нагрузки в приложениях с положительным питанием. L293D состоит из четырех входов с усилителями и схемами защиты выхода. Приводы включаются парами: приводы 1 и 2 активируются посредством 1, 2 EN, а приводы 3 и 4 активируются посредством 3, 4 EN. Когда вход разрешения высокий, соответствующий драйвер включен, а его выходы активны и находятся в фазе с их входами.

Шаг 5: блок питания

Аккумуляторы постоянного тока для малых нагрузок имеют соответствующее номинальное напряжение 5–9 В и ток макс. 1000 мА. Для получения регулируемого постоянного напряжения использовались регуляторы напряжения. ИС регулятора напряжения доступны с фиксированным (обычно 5, 12 и 15 В) или переменным выходным напряжением. Они также рассчитаны на максимальный ток, который они могут пропускать. Доступны регуляторы отрицательного напряжения, в основном для использования в двойных источниках питания. Большинство регуляторов включают в себя автоматическую защиту от чрезмерного тока («защита от перегрузки») и перегрева («тепловая защита»). Многие из микросхем фиксированного стабилизатора напряжения имеют 3 вывода и выглядят как силовые транзисторы, например, стабилизатор 7805 (+ 5 В, 1 А), показанный справа. В них есть отверстие для крепления радиатора при необходимости.

Шаг 6: программирование

Программное обеспечение Keil uVision использовалось для разработки программы для 89C51, а Orcad Capture / Layout использовался для проектирования и изготовления нашей специальной печатной платы.

Все типы серии MT8870 используют методы цифрового подсчета для обнаружения и декодирования всех 16 пар тонов DTMF в выходной 4-битовый код. Встроенная схема подавления тонового сигнала устраняет необходимость предварительной фильтрации, когда сигнал

входной сигнал, подаваемый на вывод 2 (IN-) в несимметричной входной конфигурации, считается эффективным, правильный 4-битный сигнал декодирования DTMF-тона передается через выход Q1 (вывод 11) через выход Q 4 (вывод 14) на входные контакты P1.0 (контакт 1) - P1.3 (контакт 4) порта 1 IC 89C51. AT89C51 - это управляющий блок. В этом проекте он принимает двоичный код, соответствующий обнаруженному тональному сигналу, и двоичный код для управления двигателями будет отправлен на IC драйвера. Выходные данные с контактов порта P2.0 – P2.3 микроконтроллера поступают на вход IN1 – IN4 драйвера двигателя L293D, соответственно, для управления двумя редукторными двигателями постоянного тока. Также используется переключатель ручного сброса. Выхода микроконтроллера недостаточно для управления двигателями постоянного тока, поэтому для вращения двигателя требуются драйверы тока. L293D состоит из четырех драйверов. Контакты IN1 - IN4 и out1 на протяжении 4 являются входными и выходными контактами, соответственно, от driver1 до driver4.

Шаг 7: программа

ORG 000H

НАЧНИТЕ:

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

КОНЕЦ

Шаг 8: ИЗГОТОВЛЕНИЕ ПП

Изготовление печатной платы было выполнено в 4 этапа:

1. Проектирование компоновки компонентов

2. Проектирование макета печатной платы.

3. Бурение

4. Травление печатной платы.

Компоненты печатной платы были настроены с помощью программного обеспечения Orcad Capture и импортированы в Orcad Layout для проектирования соединений. Затем макет зеркально отображался для печати на очищенной медной плате. После печати (мы использовали принтер на порошковой основе красителя для печати макета на белой бумаге и использовали железный ящик, чтобы нагреть и перенести отпечаток на поверхность медной платы. Лишняя медь была вытравлена с помощью раствора хлорида железа и небольшое количество соляной кислоты было использовано в качестве катализатора. После того, как плата была должным образом протравлена, отверстия были просверлены с помощью ручного сверлильного станка для печатных плат. Компоненты были куплены и аккуратно припаяны к плате. Что касается микросхем, сначала были припаяны стойки. на котором были размещены микросхемы.

Шаг 9: Тестирование

Чтобы робот работал должным образом, мы включили автоматический ответ на мобильном телефоне NokiaC1-02, который мы использовали в качестве приемника на роботе. Поэтому всякий раз, когда кто-то звонит по этому номеру, мобильный телефон отвечает автоматически. Когда вызывающий абонент нажимает переключатель тона, трубка-получатель принимает его и отправляет в декодер DTMF через аудиовыход. Декодер декодирует нажатую клавишу и уведомляет микроконтроллер 89C51. Затем микроконтроллер выдает роботу соответствующие команды управления через драйверы двигателя.

Шаг 10: ссылки

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