Disseny de PCB per a robot controlat per mòbil: 10 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Vaig fer aquest projecte el 2012 com el meu projecte menor. Aquest projecte es va inspirar en la necessitat d’un mètode per neutralitzar les amenaces sense la intervenció directa dels humans. Va ser el moment en què el meu país va ser durament afectat per la violència, cosa que em va motivar a desenvolupar un vehicle robot senzill que pot ser operat per qualsevol telèfon mòbil. El robot es controla a través de freqüències d’àudio DTMF que li permeten tenir una cobertura operativa més àmplia fins i tot a les xarxes 2G. En aquest instructiu, em centraré més en el disseny de PCB.

Subministraments

Descodificador M8870 DTMF

89C51 Microcontrolador

Controlador de motor L293D

Motors DC

Xassís de cotxe robot

Mòbil

5v Alimentació regulada

Pas 1: estructura bàsica

Inspeccionem l'estructura bàsica del robot.

El telèfon mòbil que s’hi mostra s’utilitza per controlar el robot. Fem una trucada al telèfon que es col·loca dins del robot, el robot accepta automàticament la trucada i després hem de prémer cada tecla per controlar el moviment del robot, que es controla amb l'ajuda del microcontrolador associat. El robot es pot restablir amb l'ajut del commutador de restabliment extern. Cada commutador està assignat per a cada operació. Quan es prem la tecla corresponent al moviment del robot, el descodificador DTMF descodificarà el to generat al receptor i envia el codi binari al microcontrolador. El microcontrolador es programa de manera que quan es detectin els codis binaris corresponents al moviment, el microcontrolador donarà l’entrada binària corresponent al controlador del motor. El conductor del motor interpretarà el senyal i donarà al motor les tensions adequades per tant el commuta i fa girar el motor en la direcció corresponent.

Pas 2: DESCODIFICADOR DTMF

El M8870 és un receptor DTMF complet que integra les funcions de filtre dividit i descodificador de banda en un sol paquet DIP o SOIC de 18 pins. Fabricat amb tecnologia de procés CMOS, l’M-8870 ofereix un baix consum d’energia (35 mW màxim) i un tractament precís de les dades. La seva secció de filtres utilitza tecnologia de condensadors commutats tant per als filtres de grup alt i baix com per al rebuig de to de marcatge. El seu descodificador utilitza tècniques de recompte digital per detectar i descodificar els 16 parells de tons DTMF en un codi de 4 bits. El recompte de components externs es redueix al mínim proporcionant un amplificador d’entrada diferencial en el xip, un generador de rellotge i un bus d’interfície triestat. Els components externs mínims necessaris inclouen un cristal de ràfega de color de 3,579545 MHz de baix cost, una resistència de temporització i un condensador de temporització. El M-8870-02 proporciona una opció de "apagat" que, quan està activada, redueix el consum a menys de 0,5 mW. El M-8870-02 també pot inhibir la descodificació de dígits de la quarta columna.

Característiques de M8870:

• Receptor DTMF complet
• Baix consum (35mw)
• Amplificador de configuració del guany intern
• Temps d'adquisició i llançament ajustables
• Qualitat de l’oficina central
• Mode d'apagada (5 mw)
• Alimentació única de 5 volts
• Supressió del to de marcatge
• Mode d'inhibició

La tècnica DTMF genera una representació diferent de 16 caràcters alfanumèrics comuns (0-9, A-D, *, #) al telèfon. La freqüència més baixa utilitzada és de 697 Hz i la freqüència més alta utilitzada és de 1633Hz. El teclat DTMF està disposat de manera que cada fila tingui la seva pròpia freqüència de to i també cada columna tingui la seva pròpia freqüència de to. A la part superior es mostra una representació del teclat DTMF típic i les freqüències de fila / columna associades. En prémer una tecla, per exemple, 5, es generarà un doble to format per 770 Hz per al grup baix i 1336 Hz per al grup alt.

Pas 3: MICROCONTROLADOR 89C51

El microcontrolador que fem servir aquí és AT89C51. L'AT89C51 és un microordinador CMOS de 8 bits de baix consum i alt rendiment amb 8K bytes de memòria de lectura només programable i esborrable (PEROM) de Flash. El dispositiu es fabrica amb la tecnologia de memòria no volàtil d’alta densitat d’Atmel i és compatible amb el conjunt d’instruccions i pinout estàndard de la indústria 80C51 i 80C52. És una unitat de control que es pot programar segons els requisits. En aquest projecte, accepta que es rebi el codi binari corresponent al to detectat i el codi binari per accionar els motors s'enviarà al controlador IC.

Característiques:

• Producte d’ATMEL
• Similar a 8051
• Microcontrolador de 8 bits
• Utilitza memòria EPROM o FLASH
• Programable en diversos temps (MTP)

L'ATMEL89C51 té un total de 40 pins dedicats a diverses funcions com E / S, RD, WR, adreça i interrupcions. Dels 40 pins, es reserven un total de 32 pins per als quatre ports P0, P1, P2 i P3, on cada port té 8 pins. La resta de pins es designen com a Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA i PSEN. Tots aquests pins, excepte PSEN i ALE, són utilitzats per tots els membres de les famílies 8051 i 8031.

Pas 4: CONDUCTOR DE MOTOR L293D

Els dos motors s’accionen mitjançant el controlador IC del motor L293D. El L293D és un CI de controlador de motor bidireccional de mitjà pont quadruple H que pot conduir un corrent de fins a 600 mA amb un rang de tensió de 4,5 a 36 volts. És adequat per conduir motors reductors de corrent continu, motors pas a pas bipolars, etc.

Característiques de L293D:

• Capacitat de corrent de sortida de 600 ma per canal
• Corrent de sortida màxim 1,2A (no repetitiu) per canal
• Activa la protecció contra la temperatura de FacilityOver
• Voltatge d'entrada "0" lògic fins a 1,5 v (alta immunitat de soroll)
• Diodes de pinça internes

Els L293D són unitats quàdruples de mitja H de corrent elevat. El L293D està dissenyat per proporcionar un corrent d’accionament bidireccional de fins a 600 mA a tensions de 4,5 V a 36 V. Ambdues unitats estan dissenyades per accionar una càrrega inductiva com un relé, solenoide, CC i motor pas a pas bipolar, així com corrent elevat / càrregues d'alta tensió en aplicacions de subministrament positiu. L293D consta de quatre entrades amb amplificadors i circuits de protecció de sortida. Les unitats estan habilitades per parelles, amb les unitats 1 i 2 activades per 1, 2 EN i les unitats 3 i 4 activades per 3, 4 EN. Quan una entrada d'habilitació és alta, el controlador associat està habilitat i les seves sortides estan actives i estan en fase amb les seves entrades.

Pas 5: font d'alimentació

Les bateries de CC de baix consum tenen un voltatge adequat de 5V a 9V i un corrent de màx. 1000mA. Per obtenir una tensió de CC regulada, es van utilitzar reguladors de tensió. Els circuits integrats de regulador de tensió estan disponibles amb tensions de sortida fixes (normalment de 5, 12 i 15V) o variables. També es classifiquen pel corrent màxim que poden passar. Hi ha disponibles reguladors de tensió negatius, principalment per a ús en subministraments dobles. La majoria dels reguladors inclouen alguna protecció automàtica contra corrent excessiu ("protecció contra sobrecàrrega") i sobreescalfament ("protecció tèrmica"). Molts dels circuits reguladors de tensió fixos tenen 3 cables i semblen transistors de potència, com ara el regulador 7805 (+ 5V, 1A) que es mostra a la dreta. Inclouen un forat per fixar un dissipador de calor si cal.

Pas 6: Programació

El programari Keil uVision es va utilitzar per desenvolupar el programa per al 89C51 i Orcad Capture / Layout es va utilitzar per dissenyar i fabricar el nostre PCB personalitzat.

Tots els tipus de la sèrie MT8870 utilitzen tècniques de recompte digital per detectar i descodificar tots els 16 parells de tons DTMF en una sortida de codi de 4 bits. El circuit de rebuig de to de marcatge integrat elimina la necessitat de pre-filtrar quan el fitxer

el senyal d’entrada es va donar al pin 2 (IN-) en la configuració d’entrada d’un sol extrem que és eficaç, el senyal correcte de descodificació de 4 bits del to DTMF es transfereix mitjançant la sortida Q1 (pin11) a través de la sortida Q 4 (pin 14) a els pins d'entrada P1.0 (pin 1) a P1.3 (pin 4) del port 1 de l'IC 89C51. AT89C51 és la unitat de control. En aquest projecte, accepta que es rebi el codi binari corresponent al to detectat i el codi binari per accionar els motors s'enviarà al controlador IC. La sortida dels pins de port P2.0 a P2.3 del microcontrolador s’alimenta a l’entrada IN1 a IN4 del controlador de motor L293D, respectivament, per accionar dos motors de corrent continu. També s’utilitza un interruptor de restabliment manual. La sortida del microcontrolador no és suficient per accionar els motors de corrent continu, de manera que es necessiten controladors de corrent per a la rotació del motor. El L293D consta de quatre controladors. Els pins IN1 a IN4 i out1 al llarg de 4 són pins d'entrada i sortida, respectivament, de driver1 a driver4.

Pas 7: programa

ORG 000H

COMENÇAR:

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

FINAL

Pas 8: FABRICACIÓ DE PCB

La fabricació de PCB es va completar en 4 passos:

1. Disseny de disseny de components

2. Disseny de disseny de PCB

3. Perforació

4. Gravat del PCB

Els components del PCB es van configurar mitjançant el programari Orcad Capture i es van importar a Orcad Layout per dissenyar les connexions. El disseny es va reflectir per imprimir-lo al tauler de coure netejat. Després de la impressió (hem utilitzat una impressora a base de colorant en pols per imprimir el disseny en un paper blanc i hem utilitzat una caixa de ferro per escalfar i transferir la impressió a la superfície del tauler de coure. El coure addicional es va gravar amb una solució de clorur fèrric i es va utilitzar una petita quantitat d'àcid clorhídric com a catalitzador. Després de gravar correctament la placa, es van perforar els forats mitjançant una perforadora de mà de PCB. Els components es van comprar i es van soldar acuradament a la placa. sobre els quals es van col·locar els CI.

Pas 9: proves

Perquè el robot funcioni com s’esperava, hem activat la resposta automàtica al telèfon mòbil NokiaC1-02 que hem utilitzat com a receptor del robot. Per tant, sempre que algú truca a aquest número, el mòbil respon automàticament. Quan la persona que truca prem un interruptor de to, el receptor el rep i l'envia al descodificador DTMF mitjançant sortida d'àudio. El descodificador descodifica la tecla que s'ha premut i avisa el microcontrolador 89C51. Aleshores, el microcontrolador emet al robot les ordres de control adequades a través dels controladors del motor.

Pas 10: referències

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