Progettazione PCB per robot controllato da cellulare: 10 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:01

Ho realizzato questo progetto nel 2012 come mio progetto minore. Questo progetto è stato ispirato dalla necessità di un metodo per neutralizzare le minacce senza l'intervento diretto dell'uomo. Quello era il momento, il mio paese è stato duramente colpito dalla violenza che mi ha motivato a sviluppare un semplice veicolo robotico che può essere azionato da qualsiasi telefono cellulare. Il robot è controllato tramite frequenze audio DTMF che gli consentono di avere una copertura operativa più ampia anche nelle reti 2G. In questo tutorial, mi concentrerò maggiormente sulla progettazione del PCB.

Forniture

Decodificatore DTMF M8870

89C51Microcontrollore

Driver del motore L293D

Motori CC

Telaio per auto robot

Cellulare

Alimentazione regolata 5v

Passaggio 1: struttura di base

Esaminiamo la struttura di base del robot.

Il telefono cellulare che viene mostrato viene utilizzato per controllare il robot. Facciamo una chiamata al portatile che è posto all'interno del robot, il robot quindi accetta automaticamente la chiamata e quindi dobbiamo premere ogni tasto per controllare il movimento del robot, che è controllato con l'aiuto del microcontrollore ad esso associato. Il robot può essere resettato con l'aiuto dell'interruttore di reset esterno. Ogni interruttore è assegnato per ogni operazione. Quando viene premuto il tasto corrispondente al movimento del robot, il decoder DTMF decodificherà il tono generato al ricevitore e invierà il codice binario al microcontrollore. Il microcontrollore è programmato in modo tale che quando vengono rilevati i codici binari corrispondenti al movimento, il microcontrollore fornirà l'ingresso binario corrispondente al driver del motore. Il driver del motore interpreterà il segnale e fornirà al motore le tensioni appropriate, quindi lo commuta e ruota il motore nella direzione corrispondente.

Passaggio 2: DECODER DTMF

L'M8870 è un ricevitore DTMF completo che integra sia il filtro a banda divisa che le funzioni di decodifica in un unico pacchetto DIP o SOIC a 18 pin. Prodotto utilizzando la tecnologia di processo CMOS, l'M-8870 offre un basso consumo energetico (35 mW max) e una precisa gestione dei dati. La sua sezione filtro utilizza la tecnologia a condensatore commutato sia per i filtri di gruppo alti e bassi che per la reiezione del segnale di linea. Il suo decoder utilizza tecniche di conteggio digitale per rilevare e decodificare tutte le 16 coppie di toni DTMF in un codice a 4 bit. Il conteggio dei componenti esterni è ridotto al minimo grazie alla fornitura di un amplificatore di ingresso differenziale su chip, un generatore di clock e un bus di interfaccia a tre stati latch. I componenti esterni minimi richiesti includono un cristallo burst di colore a 3,579545 MHz a basso costo, un resistore di temporizzazione e un condensatore di temporizzazione. L'M-8870-02 fornisce un'opzione di "spegnimento" che, se abilitata, riduce il consumo a meno di 0,5 mW. L'M-8870-02 può anche inibire la decodifica delle cifre della quarta colonna.

Caratteristiche di M8870:

• Ricevitore DTMF completo
• Basso consumo energetico (35 mw)
• Amplificatore di impostazione del guadagno interno
• Tempi di acquisizione e rilascio regolabili
• Qualità dell'ufficio centrale
• Modalità di spegnimento (5 mw)
• Alimentazione singola 5 Volt
• Soppressione del segnale di linea
• Modalità di inibizione

La tecnica DTMF emette una rappresentazione distinta di 16 caratteri alfanumerici comuni (0-9, A-D, *, #) sul telefono. La frequenza minima utilizzata è 697 Hz e la frequenza massima utilizzata è 1633 Hz. La tastiera DTMF è disposta in modo tale che ogni riga avrà la propria frequenza di tono univoca e anche ogni colonna avrà la propria frequenza di tono univoca. Sopra è una rappresentazione della tipica tastiera DTMF e delle frequenze di riga/colonna associate. Premendo un tasto, ad esempio 5, si genererà un doppio tono composto da 770 Hz per il gruppo dei bassi e 1336 Hz per il gruppo degli alti.

Fase 3: MICROCONTROLLORE 89C51

Il microcontrollore che usiamo qui è AT89C51. L'AT89C51 è un microcomputer CMOS a 8 bit a bassa potenza e alte prestazioni con 8K byte di memoria di sola lettura Flash programmabile e cancellabile (PEROM). Il dispositivo è prodotto utilizzando la tecnologia di memoria non volatile ad alta densità di Atmel ed è compatibile con il set di istruzioni e il pinout standard 80C51 e 80C52. È un'unità di controllo che può essere programmata secondo le esigenze. In questo progetto, accetta il codice binario corrispondente al tono rilevato viene ricevuto e il codice binario per pilotare i motori verrà inviato al driver IC.

Caratteristiche:

• Il prodotto ATMEL
• Simile a 8051
• Microcontrollore a 8 bit
• Utilizza la memoria EPROM o FLASH
• Programmabile a più tempi (MTP)

ATMEL89C51 ha un totale di 40 pin dedicati a varie funzioni come I/O, RD, WR, indirizzo e interrupt. Su 40 pin, un totale di 32 pin sono riservati alle quattro porte P0, P1, P2 e P3, dove ogni porta prende 8 pin. Gli altri pin sono designati come Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA e PSEN. Tutti questi pin tranne PSEN e ALE sono utilizzati da tutti i membri delle famiglie 8051 e 8031.

Passaggio 4: DRIVER DEL MOTORE L293D

I due motori sono azionati utilizzando l'IC del driver del motore L293D. L293D è un circuito integrato per driver motore bidirezionale a mezzo ponte H quadruplo in grado di pilotare correnti fino a 600 mA con un intervallo di tensione da 4,5 a 36 volt. È adatto per pilotare piccoli motori DC-Geared, motori passo-passo bipolari, ecc.

Caratteristiche di L293D:

• Capacità di corrente di uscita di 600 mA per canale
• Corrente di uscita di picco 1,2 A (non ripetitiva) per canale
• Abilita la protezione da sovratemperatura dell'impianto
• Tensione di ingresso logica "0" fino a 1,5 v (immunità ai disturbi elevati)
• Diodi a pinza interni

Gli L293D sono unità quadruple a metà H ad alta corrente. L293D è progettato per fornire corrente di azionamento bidirezionale fino a 600 mA a tensioni da 4,5 V a 36 V. Entrambi gli azionamenti sono progettati per pilotare un carico induttivo come un relè, un solenoide, un motore passo-passo DC e bipolare, nonché un'alta corrente/ carichi ad alta tensione in applicazioni di alimentazione positiva. L293D è composto da quattro ingressi con amplificatori e circuiti di protezione dell'uscita. Le unità sono abilitate in coppia, con le unità 1 e 2 abilitate da 1, 2 EN e le unità 3 e 4 abilitate da 3, 4 EN. Quando un ingresso di abilitazione è alto, i driver associati sono abilitati e le loro uscite sono attive e in fase con i loro ingressi.

Passaggio 5: unità di alimentazione

Le batterie CC a basso carico sono dotate di una tensione nominale appropriata di 5 V-9 V e una corrente di max. 1000 mA. Per ottenere una tensione CC regolata, sono stati utilizzati regolatori di tensione. I circuiti integrati del regolatore di tensione sono disponibili con tensioni di uscita fisse (tipicamente 5, 12 e 15 V) o variabili. Sono anche valutati dalla corrente massima che possono passare. Sono disponibili regolatori di tensione negativi, principalmente per l'uso in doppia alimentazione. La maggior parte dei regolatori include una protezione automatica dalla corrente eccessiva ("protezione da sovraccarico") e dal surriscaldamento ("protezione termica"). Molti dei circuiti integrati del regolatore di tensione fisso hanno 3 cavi e sembrano transistor di potenza, come il regolatore 7805 (+5V, 1A) mostrato a destra. Comprendono un foro per il fissaggio di un dissipatore di calore, se necessario.

Passaggio 6: programmazione

Il software Keil uVision è stato utilizzato per sviluppare il programma per l'89C51 e Orcad Capture / Layout è stato utilizzato per progettare e fabbricare il nostro PCB personalizzato.

Tutti i tipi della serie MT8870 utilizzano tecniche di conteggio digitale per rilevare e decodificare tutte le 16 coppie di toni DTMF in un'uscita di codice a 4 bit. Il circuito di eliminazione del segnale di linea integrato elimina la necessità di pre-filtraggio quando il

il segnale di ingresso è stato fornito al pin 2 (IN-) nella configurazione di ingresso single-ended è riconosciuto come efficace, il segnale di decodifica a 4 bit corretto del tono DTMF viene trasferito tramite l'uscita Q1 (pin11) attraverso Q 4 (pin 14) a i pin di ingresso da P1.0 (pin 1) a P1.3 (pin 4) della porta 1 di 89C51 IC. AT89C51 è l'unità di controllo. In questo progetto, accetta il codice binario corrispondente al tono rilevato viene ricevuto e il codice binario per pilotare i motori verrà inviato al driver IC. L'uscita dai pin della porta da P2.0 a P2.3 del microcontrollore viene alimentata all'ingresso da IN1 a IN4 del driver del motore L293D, rispettivamente, per pilotare due motori a corrente continua. Viene utilizzato anche un interruttore di ripristino manuale. L'uscita del microcontrollore non è sufficiente per pilotare i motori DC, quindi sono necessari driver di corrente per la rotazione del motore. L'L293D è composto da quattro driver. I pin da IN1 a IN4 e out1 su 4 sono i pin di ingresso e di uscita, rispettivamente, da driver1 a driver4.

Passaggio 7: programma

ORG 000H

COMINCIARE:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

L1: MOV A, P1

CJNE A, #04H, L2

MOV A, #0AH

MOV P2, LA

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

MOV A, #05H

MOV P2, LA

LJMP L1

L3: CJNE LA, #0AH, L4

MOV A, #00H

MOV P2, LA

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

MOV A, #06H

MOV P2, LA

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

MOV A, #09H

MOV P2, LA

LJMP L1

FINE

Fase 8: FABBRICAZIONE PCB

La realizzazione del PCB è stata completata in 4 fasi:

1. Progettazione del layout dei componenti

2. Progettazione del layout del PCB

3. Foratura

4. Incisione del PCB

I componenti PCB sono stati impostati utilizzando il software Orcad Capture e sono stati importati in Orcad Layout per la progettazione delle connessioni. Il layout è stato quindi specchiato per la stampa sulla scheda di rame pulita. Dopo la stampa (abbiamo usato una stampante a base di coloranti in polvere per stampare il layout su carta bianca e abbiamo usato una scatola di ferro per riscaldare e trasferire l'impronta sulla superficie del pannello di rame. Il rame extra è stato inciso usando una soluzione di cloruro ferrico e una piccola quantità di acido cloridrico è stata utilizzata come catalizzatore. Dopo che la scheda è stata correttamente incisa, i fori sono stati praticati utilizzando un trapano PCB portatile. I componenti sono stati acquistati e accuratamente saldati sulla scheda. Per quanto riguarda i circuiti integrati, i distanziatori sono stati prima saldati su cui sono stati posizionati gli IC.

Passaggio 9: test

Affinché il robot funzioni come previsto, abbiamo abilitato la risposta automatica sul telefono cellulare NokiaC1-02 che abbiamo utilizzato come ricevitore sul robot. Quindi, ogni volta che qualcuno chiama quel numero, il cellulare risponde automaticamente. Quando il chiamante preme un interruttore di tono, il ricevitore lo riceve e lo invia al decoder DTMF tramite l'uscita audio. Il decoder decodifica il tasto premuto e notifica al microcontrollore 89C51. Il microcontrollore invia quindi comandi di controllo appropriati al robot tramite i driver del motore.

Passaggio 10: riferimenti

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