PCB -design til mobiltelefonstyret robot: 10 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:26

Jeg lavede dette projekt tilbage i 2012 som mit mindre projekt. Dette projekt blev inspireret af behovet for en metode til at neutralisere trusler uden direkte indgriben fra mennesker. Det var dengang, mit land blev hårdt ramt af vold, som motiverede mig til at udvikle og enkle robotkøretøjer, der kan betjenes af enhver mobiltelefon. Robotten styres via DTMF -lydfrekvenser, som gør det muligt at have en bredere driftsdækning, selv i 2G -netværk. I denne instruktive vil jeg fokusere mere på PCB -designet.

Forbrugsvarer

M8870 DTMF -dekoder

89C51Microcontroller

L293D motor driver

DC motorer

Robot chassis

Mobiltelefon

5v reguleret strømforsyning

Trin 1: Grundlæggende struktur

Lad os undersøge robotens grundstruktur.

Mobiltelefonen, der er vist der, bruges til at styre robotten. Vi foretager et opkald til håndsættet, der er placeret inde i robotten, robotten accepterer derefter automatisk opkaldet, og derefter skal vi trykke på hver tast for at styre bevægelsen af robotten, som styres ved hjælp af mikrokontroller forbundet med den. Robotten kan nulstilles ved hjælp af den eksterne nulstillingskontakt. Hver switch er tildelt for hver operation. Når der trykkes på tasten, der svarer til robotens bevægelse, afkoder DTMF -dekoderen den tone, der genereres på modtageren, og sender den binære kode til mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren er programmeret på en sådan måde, at når de binære koder, der svarer til bevægelsen, detekteres, vil mikrokontrolleren give den tilsvarende binære indgang til motordriveren. Motordriveren vil fortolke signalet og give motoren passende spændinger og derved skifte det og rotere motoren i den tilsvarende retning.

Trin 2: DTMF DECODER

M8870 er en fuld DTMF-modtager, der integrerer både båndsplitfilteret og dekoderfunktionerne i en enkelt 18-benet DIP- eller SOIC-pakke. M-8870 er fremstillet ved hjælp af CMOS-procesteknologi og tilbyder et lavt strømforbrug (maks. 35 mW) og præcis datahåndtering. Dens filtersektion anvender koblet kondensatorteknologi til både høj- og lavgruppefiltre og til afvisning af klartone. Dens dekoder bruger digitale tælleteknikker til at registrere og afkode alle 16 DTMF-tonepar til en 4-bit kode. Eksternt komponentantal minimeres ved levering af en on-chip differential indgangsforstærker, urgenerator og låst tri-state interface bus. De minimale eksterne komponenter, der kræves, omfatter en billed 3,579545 MHz farve burst-krystal, en timing-modstand og en timing-kondensator. M-8870-02 giver en mulighed for "slukning", som, når den er aktiveret, reducerer forbruget til mindre end 0,5 mW. M-8870-02 kan også hæmme afkodningen af cifre i fjerde kolonne.

Egenskaber ved M8870:

• Komplet DTMF -modtager
• Lavt strømforbrug (35mw)
• Intern forstærker indstillingsforstærker
• Justerbar erhvervelse og frigivelse
• Central kontor kvalitet
• Nedlukningstilstand (5mw)
• Enkelt 5 Volt strømforsyning
• Undertrykkelse af klartone
• Inhiber tilstand

DTMF-teknikken udsender en tydelig repræsentation af 16 almindelige alfanumeriske tegn (0-9, A-D, *, #) på telefonen. Den laveste frekvens, der bruges, er 697 Hz, og den højeste frekvens, der bruges, er 1633 Hz. DTMF -tastaturet er arrangeret således, at hver række har sin egen unikke tonefrekvens, og hver kolonne har også sin egen unikke tonefrekvens. Ovenstående er en repræsentation af det typiske DTMF -tastatur og de tilhørende række/kolonne frekvenser. Ved at trykke på en tast, for eksempel 5, genereres en to-tone bestående af 770 Hz for den lave gruppe og 1336 Hz for den høje gruppe.

Trin 3: 89C51 MIKROKONTROLLER

Den mikrokontroller, vi bruger her, er AT89C51. AT89C51 er en laveffekt, højtydende CMOS 8-bit mikrocomputer med 8K byte Flash programmerbar og sletbar skrivebeskyttet hukommelse (PEROM). Enheden er fremstillet ved hjælp af Atmels ikke-flygtige hukommelsesteknologi med høj densitet og er kompatibel med branchestandard 80C51 og 80C52 instruktionssæt og pinout. Det er en styreenhed, der kan programmeres efter krav. I dette projekt accepterer den, at den binære kode, der svarer til den detekterede tone, modtages, og den binære kode til at drive motorerne sendes til driverens IC.

Funktioner:

• ATMELs produkt
• Ligner 8051
• 8-bit mikrokontroller
• Bruger EPROM- eller FLASH -hukommelse
• Programmerbar flere gange (MTP)

ATMEL89C51 har i alt 40 ben, der er dedikeret til forskellige funktioner, såsom I/O, RD, WR, adresse og afbrydelser. Ud af 40 ben er der afsat i alt 32 ben til de fire porte P0, P1, P2 og P3, hvor hver port tager 8 ben. Resten af benene er betegnet som Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA og PSEN. Alle disse stifter undtagen PSEN og ALE bruges af alle medlemmer af familierne 8051 og 8031.

Trin 4: L293D MOTORDRIVER

De to motorer drives ved hjælp af L293D -motordriverens IC. L293D er en firdobbelt halv H-bro tovejs motordriver IC, der kan drive strøm på op til 600mA med et spændingsområde på 4,5 til 36 volt. Det er egnet til at køre små DC-gearede motorer, bipolar stepper motor osv.

Funktioner af L293D:

• 600ma udgangsstrømsevne pr. Kanal
• 1.2A spidsudgangsstrøm (ikke-gentagende) pr. Kanal
• Aktiver FacilityOver-temperatur beskyttelse
• Logisk “0” indgangsspænding op til 1,5 v (høj støjimmunitet)
• Indvendige klemmedioder

L293D er firdobbelt halvstrømsdrev med høj strøm. L293D er designet til at levere tovejs drivstrøm op til 600 mA ved spændinger fra 4,5V til 36 V. Begge drev er designet til at drive en induktiv belastning såsom et relæ, solenoid, DC og bipolar trinmotor samt høj strøm/ højspændingsbelastninger i positive forsyningsapplikationer. L293D består af fire indgange med forstærkere og udgangsbeskyttelseskredsløb. Drev er aktiveret i par, med drev 1 & 2 aktiveret med 1, 2 EN og drev 3 & 4 aktiveret med 3, 4 EN. Når en aktiveringsindgang er høj, aktiveres den tilhørende driver, og deres output er aktive og i fase med deres input.

Trin 5: Strømforsyningsenhed

DC-batterier med lav drift har en passende spændingsværdi på 5V- 9V og en strøm på max. 1000mA. For at opnå en reguleret DC -spænding blev der brugt spændingsregulatorer. Spændingsregulator IC'er fås med faste (typisk 5, 12 og 15V) eller variable udgangsspændinger. De er også vurderet ud fra den maksimale strøm, de kan passere. Negative spændingsregulatorer er tilgængelige, hovedsageligt til brug i dobbeltforsyninger. De fleste regulatorer inkluderer en vis automatisk beskyttelse mod overdreven strøm ('overbelastningsbeskyttelse') og overophedning ('termisk beskyttelse'). Mange af IC'erne med fast spændingsregulator har 3 ledninger og ligner effekttransistorer, f.eks. 7805 (+5V, 1A) regulatoren vist til højre. De indeholder et hul til montering af en køleplade, hvis det er nødvendigt.

Trin 6: Programmering

Keil uVision software blev brugt til at udvikle programmet til 89C51, og Orcad Capture / Layout blev brugt til at designe og fremstille vores specialfremstillede printkort.

Alle typer af MT8870-serien anvender digitale tælleteknikker til at registrere og afkode alle de 16 DTMF-tonepar til en 4-bit kodeudgang. Det indbyggede ringetonafvisningskredsløb eliminerer behovet for forfiltrering, når

indgangssignal blev givet ved pin 2 (IN-) i single-ended inputkonfiguration anerkendes at være effektivt, det korrekte 4-bit afkodningssignal fra DTMF-tonen overføres via Q1 (pin11) gennem Q 4 (pin 14) udgang til inputstifterne P1.0 (pin 1) til P1.3 (pin 4) i port 1 på 89C51 IC. AT89C51 er styreenheden. I dette projekt accepterer den, at den binære kode, der svarer til den detekterede tone, modtages, og den binære kode til at drive motorerne sendes til driverens IC. Outputtet fra portstifterne P2.0 til P2.3 på mikrokontrolleren føres til input IN1 via IN4 på henholdsvis motordriver L293D for at drive to gearede DC -motorer. En manuel nulstillingskontakt bruges også. Mikrokontrollerudgangen er ikke tilstrækkelig til at drive DC -motorerne, så aktuelle drivere er nødvendige for motorrotation. L293D består af fire drivere. Pin IN1 til IN4 og out1 i hele 4 er henholdsvis input og output pins af driver1 til driver4.

Trin 7: Programmer

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

ENDE

Trin 8: PCB FABRICATION

Fremstillingen af PCB blev afsluttet i 4 trin:

1. Komponent layout design

2. PCB layout design

3. Boring

4. Ætsning af printkortet

PCB -komponenterne blev opsat ved hjælp af Orcad Capture -softwaren og blev importeret til Orcad Layout for at designe forbindelserne. Layoutet blev derefter spejlet til udskrivning på det rensede kobberbræt. Efter udskrivningen (vi brugte en pulverfarvebaseret printer til at udskrive layoutet på et hvidt papir og brugte en jernkasse til at opvarme og overføre indtrykket til kobberpladeoverfladen. Det ekstra kobber blev ætset ud ved hjælp af en ferrichloridopløsning og en lille mængde saltsyre blev brugt som katalysator. Efter at brættet var korrekt ætset, blev hullerne boret ved hjælp af en håndholdt PCB -boremaskine. Komponenterne blev indkøbt og forsigtigt loddet på brættet. Hvad angår IC'erne, blev stand -offs først loddet som IC'erne blev placeret på.

Trin 9: Test

For at robotten kunne fungere som forventet, aktiverede vi automatisk svar på NokiaC1-02-mobiltelefonen, som vi brugte som modtager på robotten. Så når nogen ringer til det nummer, svarer mobiltelefonen automatisk. Når den, der ringer op, trykker på en tonekontakt, modtager modtagerens håndsæt det og sender det til DTMF -dekoderen via lydudgang. Dekoderen dekoder den tast, der blev trykket på, og giver 89C51 -mikrokontrolleren besked. Mikrocontrolleren udsender derefter passende kontrolkommandoer til robotten via motordriverne.

Trin 10: Referencer

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