PCB -design for mobiltelefonkontrollert robot: 10 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:22

Jeg gjorde dette prosjektet tilbake i 2012 som mitt mindre prosjekt. Dette prosjektet ble inspirert av behovet for en metode for å nøytralisere trusler uten direkte inngrep fra mennesker. Det var den gangen, landet mitt ble hardt rammet av vold som motiverte meg til å utvikle og enkelt robotbil som kan betjenes av hvilken som helst mobiltelefon. Roboten styres via DTMF -lydfrekvenser som gjør at den kan ha bredere operasjonell dekning selv i 2G -nettverk. I denne instruksen vil jeg fokusere mer på PCB -designen.

Rekvisita

M8870 DTMF -dekoder

89C51Mikrokontroller

L293D motor driver

DC Motors

Robotbilchassis

Mobiltelefon

5v Regulert strømforsyning

Trinn 1: Grunnleggende struktur

La oss undersøke robotens grunnstruktur.

Mobiltelefonen som er vist der, brukes til å kontrollere roboten. Vi ringer til håndsettet som er plassert inne i roboten, roboten godtar deretter samtalen automatisk, og deretter må vi trykke på hver tast for å kontrollere bevegelsen til roboten, som styres ved hjelp av mikrokontrolleren tilknyttet den. Roboten kan tilbakestilles ved hjelp av den eksterne tilbakestillingsbryteren. Hver bryter er tildelt for hver operasjon. Når du trykker på tasten som tilsvarer robotens bevegelse, vil DTMF -dekoderen dekode tonen som genereres på mottakeren og sende den binære koden til mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren er programmert på en slik måte at når de binære kodene som tilsvarer bevegelsen oppdages, vil mikrokontrolleren gi den tilsvarende binære inngangen til motordriveren. Motordriveren vil tolke signalet og gi motoren passende spenninger og derved bytte det og rotere motoren i tilsvarende retning.

Trinn 2: DTMF -DEKODER

M8870 er en full DTMF-mottaker som integrerer både bånddelingsfilteret og dekoderfunksjonene i en enkelt 18-pinners DIP- eller SOIC-pakke. M-8870 er produsert ved hjelp av CMOS-prosessteknologi og tilbyr lavt strømforbruk (maks 35 mW) og presis datahåndtering. Filterdelen bruker koblet kondensatorteknologi for både høy- og lavgruppsfiltre og for avvisning av summetone. Dekoderen bruker digitale telleteknikker for å oppdage og dekode alle 16 DTMF-tonepar til en 4-biters kode. Antall eksterne komponenter minimeres ved levering av en differensial inngangsforsterker på brikken, klokkegenerator og låst tri-state grensesnittbuss. Minimale eksterne komponenter som kreves inkluderer en billig 3,579545 MHz fargesprengkrystall, en tidsmotstand og en timingkondensator. M-8870-02 gir et "strømavbrudd" -alternativ som, når det er aktivert, reduserer forbruket til mindre enn 0,5 mW. M-8870-02 kan også hemme dekodingen av fjerde kolonnesifre.

Funksjoner av M8870:

• Komplett DTMF -mottaker
• Lavt strømforbruk (35mw)
• Intern forsterkningsinnstillingsforsterker
• Justerbar oppkjøps- og utgivelsestid
• Sentral kontorkvalitet
• Slå av-modus (5mw)
• Enkelt 5 Volt strømforsyning
• Undertrykkelse av summetone
• Sperre modus

DTMF-teknikken gir en tydelig representasjon av 16 vanlige alfanumeriske tegn (0-9, A-D, *, #) på telefonen. Den laveste frekvensen som brukes er 697 Hz og den høyeste frekvensen som brukes er 1633 Hz. DTMF -tastaturet er ordnet slik at hver rad vil ha sin egen unike tonefrekvens, og hver kolonne vil også ha sin egen unike tonefrekvens. Over er en representasjon av det typiske DTMF -tastaturet og de tilhørende rad-/kolonnefrekvensene. Ved å trykke på en tast, for eksempel 5, genereres en to-tone bestående av 770 Hz for den lave gruppen og 1336 Hz for den høye gruppen.

Trinn 3: 89C51 MIKROKONTROLLER

Mikrokontrolleren vi bruker her er AT89C51. AT89C51 er en lav-effekt, høyytelses CMOS 8-biters mikrodatamaskin med 8K byte Flash-programmerbar og slettbar skrivebeskyttet minne (PEROM). Enheten er produsert ved hjelp av Atmels ikke-flyktige minneteknologi med høy tetthet og er kompatibel med industristandard 80C51 og 80C52 instruksjonssett og pinout. Det er en kontrollenhet som kan programmeres i henhold til kravene. I dette prosjektet godtar den binære koden som tilsvarer den oppdagede tonen, og den binære koden for å drive motorene vil bli sendt til driver -IC.

Funksjoner:

• ATMELs produkt
• Ligner på 8051
• 8-biters mikrokontroller
• Bruker EPROM- eller FLASH -minne
• Programmerbar flere ganger (MTP)

ATMEL89C51 har totalt 40 pinner som er dedikert til forskjellige funksjoner som I/O, RD, WR, adresse og avbrudd. Av 40 pinner er det satt av totalt 32 pinner til de fire portene P0, P1, P2 og P3, hvor hver port tar 8 pinner. Resten av pinnene er betegnet som Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA og PSEN. Alle disse pinnene unntatt PSEN og ALE brukes av alle medlemmer av familiene 8051 og 8031.

Trinn 4: L293D MOTORDRIVER

De to motorene drives av L293D -motordriverens IC. L293D er en firdoblet halv H-bro toveis motordriver IC som kan drive strøm på opptil 600mA med et spenningsområde på 4,5 til 36 volt. Den er egnet til å kjøre små DC-girede motorer, bipolar trinnmotor, etc.

Funksjoner av L293D:

• 600ma utgangsstrømsevne per kanal
• 1.2A topputgangsstrøm (ikke-repeterende) per kanal
• Aktiver Facility Over-temperatur beskyttelse
• Logisk "0" inngangsspenning opptil 1,5 v (høy støyimmunitet)
• Innvendige klemmedioder

L293D er firdoble halvstrøm H -stasjoner med høy strøm. L293D er designet for å gi toveis drivstrøm opptil 600 mA ved spenninger fra 4,5V til 36 V. Begge stasjonene er designet for å drive en induktiv belastning som et relé, magnetventil, likestrøm og bipolar trinnmotor, samt høy strøm/ høye spenningsbelastninger i positive forsyningsapplikasjoner. L293D består av fire innganger med forsterkere og utgangsbeskyttelseskretser. Stasjoner er aktivert i par, med stasjonene 1 og 2 aktivert med 1, 2 EN og stasjonene 3 og 4 aktivert med 3, 4 EN. Når en aktiveringsinngang er høy, blir den tilhørende driveren aktivert og utgangene deres er aktive og i fase med sine innganger.

Trinn 5: Strømforsyningsenhet

Lavdrevne DC-batterier har en passende spenning på 5V- 9V og en strøm på maks. 1000mA. For å oppnå en regulert likspenning ble det brukt spenningsregulatorer. Spenningsregulatorer er tilgjengelig med faste (vanligvis 5, 12 og 15V) eller variable utgangsspenninger. De er også vurdert av maksimal strøm de kan passere. Negative spenningsregulatorer er tilgjengelige, hovedsakelig for bruk i to forsyninger. De fleste regulatorer inkluderer en viss automatisk beskyttelse mot overdreven strøm ('overbelastningsbeskyttelse') og overoppheting ('termisk beskyttelse'). Mange av de faste spenningsregulatorens ICer har 3 ledninger og ser ut som effekttransistorer, for eksempel 7805 (+5V, 1A) regulatoren vist til høyre. De inkluderer et hull for å feste en kjøleribbe om nødvendig.

Trinn 6: Programmering

Keil uVision -programvaren ble brukt til å utvikle programmet for 89C51, og Orcad Capture / Layout ble brukt til å designe og produsere vår skreddersydde PCB.

Alle typer MT8870-serien bruker digitale telleteknikker for å oppdage og dekode alle 16 DTMF-toneparene til en 4-bits kodeutgang. Den innebygde ringetoneavvisningskretsen eliminerer behovet for forhåndsfiltrering når

Inngangssignal ble gitt på pin 2 (IN-) i en-endet inngangskonfigurasjon er anerkjent for å være effektivt, det riktige 4-biters dekodingssignalet til DTMF-tonen overføres via Q1 (pin11) til Q 4 (pin 14) utgang til inngangspinnene P1.0 (pin 1) til P1.3 (pin 4) på port 1 på 89C51 IC. AT89C51 er den kontrollerende enheten. I dette prosjektet godtar den binære koden som tilsvarer den oppdagede tonen, og den binære koden for å drive motorene vil bli sendt til driver -IC. Utgangen fra portpinnene P2.0 til P2.3 på mikrokontrolleren mates til inngangen IN1 gjennom IN4 til henholdsvis motordriver L293D for å drive to girede DC -motorer. En manuell tilbakestillingsbryter brukes også. Mikrokontrollerutgangen er ikke tilstrekkelig til å drive likestrømsmotorene, så nåværende drivere kreves for motorrotasjon. L293D består av fire drivere. Pin IN1 til IN4 og out1 gjennom 4 er henholdsvis input og output pins av driver1 til driver4.

Trinn 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

SLUTT

Trinn 8: PCB FABRICATION

Fremstillingen av PCB ble fullført i 4 trinn:

1. Komponent layout design

2. PCB layout utforming

3. Boring

4. Etsing av PCB

PCB -komponentene ble satt opp ved hjelp av Orcad Capture -programvaren og ble importert til Orcad Layout for å designe tilkoblingene. Oppsettet ble deretter speilet for utskrift på det rensede kobberbrettet. Etter utskriften (vi brukte en pulverfargebasert skriver for å skrive ut oppsettet på et hvitt papir og brukte en jernboks for å varme og overføre inntrykket til overflaten av kobberplaten. Det ekstra kobberet ble etset ut ved hjelp av en jernkloridløsning og en liten mengde saltsyre ble brukt som katalysator. Etter at brettet var riktig etset, ble hullene boret ved hjelp av en håndholdt PCB -borer. Komponentene ble kjøpt og loddet forsiktig på brettet. Når det gjelder IC -ene, ble avstandene først loddet som IC -ene ble plassert på.

Trinn 9: Testing

For at roboten skulle fungere som forventet, aktiverte vi automatisk svar på NokiaC1-02-mobiltelefonen som vi brukte som mottaker på roboten. Så når noen ringer dette nummeret, svarer mobiltelefonen automatisk. Når den som ringer trykker på en tonebryter, mottar mottakerrøret det og sender det til DTMF -dekoderen via lydutgang. Dekoderen dekoder nøkkelen som ble trykket og varsler 89C51 mikrokontrolleren. Mikrokontrolleren utsteder deretter passende kontrollkommandoer til roboten via motordriverne.

Trinn 10: Referanser

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