PCB -design för mobiltelefonstyrd robot: 10 steg

2024 Författare: John Day | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-30 12:40

Jag gjorde detta projekt 2012 som mitt mindre projekt. Detta projekt inspirerades av behovet av en metod för att neutralisera hot utan att direkt ingripa av människor. Det var den tiden, mitt land drabbades hårt av våld som motiverade mig att utveckla ett enkelt robotfordon som kan drivas av vilken mobiltelefon som helst. Roboten styrs via DTMF -ljudfrekvenser vilket gör att den kan ha bredare operativ täckning även i 2G -nätverk. I denna instruerbara kommer jag att fokusera mer på PCB -designen.

Tillbehör

M8870 DTMF -avkodare

89C51Mikrokontroller

L293D motorförare

DC -motorer

Robots bilchassi

Mobiltelefon

5v Reglerad strömförsörjning

Steg 1: Grundläggande struktur

Låt oss inspektera robotens grundstruktur.

Mobiltelefonen som visas där används för att styra roboten. Vi ringer till handenheten som placeras inuti roboten, roboten accepterar sedan samtalet automatiskt och sedan måste vi trycka på varje knapp för att styra robotens rörelse, som styrs med hjälp av mikrokontroller som är associerad med den. Roboten kan återställas med hjälp av den externa återställningsomkopplaren. Varje switch är tilldelad för varje operation. När knappen som motsvarar robotens rörelse trycks in, avkodar DTMF -avkodaren tonen som genereras på mottagaren och skickar den binära koden till mikrokontrollern. Mikrokontrollern är programmerad på ett sådant sätt att när de binära koder som motsvarar rörelsen detekteras kommer mikrokontrollern att ge motsvarande binära ingång till motordrivrutinen. Motordrivrutinen tolkar signalen och ger motorn lämpliga spänningar och därigenom växlar den och roterar motorn i motsvarande riktning.

Steg 2: DTMF -AVKODARE

M8870 är en komplett DTMF-mottagare som integrerar både banddelningsfiltret och dekoderfunktionerna i ett enda 18-stifts DIP- eller SOIC-paket. M-8870 är tillverkad med CMOS-processteknik och erbjuder låg strömförbrukning (max 35 mW) och exakt datahantering. Dess filtersektion använder omkopplad kondensatorteknik för både hög- och låggruppsfilter och för avvisning av kopplingston. Dess avkodare använder digital räkningsteknik för att upptäcka och avkoda alla 16 DTMF-tonpar till en 4-bitars kod. Antalet externa komponenter minimeras genom tillhandahållande av en on-chip differentiell ingångsförstärkare, klockgenerator och låst tri-state-gränssnittsbuss. Minimala externa komponenter som krävs inkluderar en lågkostnad 3,579545 MHz färgskärmskristall, ett tidsmotstånd och en tidskondensator. M-8870-02 ger ett alternativ för "avstängning" som, när det är aktiverat, sänker förbrukningen till mindre än 0,5 mW. M-8870-02 kan också hämma avkodningen av fjärde kolumnsiffror.

Egenskaper hos M8870:

• Komplett DTMF -mottagare
• Låg strömförbrukning (35mw)
• Förstärkare för intern förstärkning
• Justerbar förvärv och släpptider
• Centralkontors kvalitet
• Avstängningsläge (5mw)
• Enkel 5 Volt strömförsörjning
• Undertryckning av kopplingston
• Inhibera läge

DTMF-tekniken matar ut en distinkt representation av 16 vanliga alfanumeriska tecken (0-9, A-D, *, #) på telefonen. Den lägsta frekvensen som används är 697 Hz och den högsta frekvensen som används är 1633 Hz. DTMF -knappsatsen är anordnad så att varje rad kommer att ha sin egen unika tonfrekvens och varje kolumn har sin egen unika tonfrekvens. Ovan är en representation av den typiska DTMF -knappsatsen och de tillhörande rad-/kolumnfrekvenserna. Genom att trycka på en knapp, till exempel 5, genereras en dubbel ton bestående av 770 Hz för den låga gruppen och 1336 Hz för den höga gruppen.

Steg 3: MICROCONTROLLER 89C51

Mikrokontrollern vi använder här är AT89C51. AT89C51 är en lågeffektiv, högpresterande 8-bitars CMOS-mikrodator med 8K byte Flash-programmerbart och raderbart skrivskyddsminne (PEROM). Enheten är tillverkad med Atmels högdensitets, icke-flyktiga minneteknik och är kompatibel med branschstandard 80C51 och 80C52 instruktionsset och pinout. Det är en styrenhet som kan programmeras enligt kraven. I detta projekt accepterar den binära koden som motsvarar den detekterade tonen tas emot och den binära koden för att driva motorerna skickas till förarens IC.

Funktioner:

• ATMEL: s produkt
• Liknar 8051
• 8-bitars mikrokontroller
• Använder EPROM- eller FLASH -minne
• Programmerbar flera gånger (MTP)

ATMEL89C51 har totalt 40 stift som är avsedda för olika funktioner som I/O, RD, WR, adress och avbrott. Av 40 stift är totalt 32 stift avsatta för de fyra portarna P0, P1, P2 och P3, där varje port tar 8 stift. Resten av stiften är betecknade som Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA och PSEN. Alla dessa stift utom PSEN och ALE används av alla medlemmar i familjerna 8051 och 8031.

Steg 4: L293D MOTORFÖRDRIVARE

De två motorerna drivs med hjälp av L293D -motorföraren IC. L293D är en fyrdubbel halv H-bro dubbelriktad motorförare IC som kan driva ström upp till 600mA med ett spänningsintervall på 4,5 till 36 volt. Den är lämplig för att driva små DC-växlade motorer, bipolär stegmotor etc.

Funktioner av L293D:

• 600m utgångsström per kanal
• 1.2A topputgångsström (icke-repetitiv) per kanal
• Aktivera Facility Över-temperaturskydd
• Logisk”0” ingångsspänning upp till 1,5 v (hög brusimmunitet)
• Inre klämdioder

L293D är fyrdubbla högström halv H -enheter. L293D är konstruerad för att ge dubbelriktad drivström upp till 600 mA vid spänningar från 4,5V till 36 V. Båda enheterna är konstruerade för att driva en induktiv belastning som ett relä, solenoid, DC och bipolär stegmotor samt hög ström/ högspänningsbelastning i positiva matningstillämpningar. L293D består av fyra ingångar med förstärkare och utgångsskyddskretsar. Enheter aktiveras parvis, med enheter 1 & 2 aktiverade med 1, 2 EN och enheter 3 & 4 aktiverade med 3, 4 EN. När en aktiveringsingång är hög aktiveras den associerade drivrutinen och deras utgångar är aktiva och i fas med sina ingångar.

Steg 5: Strömförsörjningsenhet

Låg DC-batterier har en lämplig spänning på 5V- 9V och en ström på max. 1000mA. För att få en reglerad likspänning användes spänningsregulatorer. Spänningsregulator IC: er finns med fasta (vanligtvis 5, 12 och 15V) eller variabla utspänningar. De är också betygsatta av den maximala strömmen de kan passera. Negativa spänningsregulatorer finns tillgängliga, främst för användning i dubbla matningar. De flesta regulatorer inkluderar ett visst automatiskt skydd mot överdriven ström ('överbelastningsskydd') och överhettning ('termiskt skydd'). Många av de fasta spänningsregulatorns IC: er har 3 ledningar och ser ut som effekttransistorer, till exempel 7805 (+5V, 1A) regulatorn som visas till höger. De innehåller ett hål för att fästa ett kylfläns vid behov.

Steg 6: Programmering

Keil uVision -mjukvaran användes för att utveckla programmet för 89C51 och Orcad Capture / Layout användes för att designa och tillverka vår skräddarsydda PCB.

Alla typer av MT8870-serien använder digitala räkningstekniker för att upptäcka och avkoda alla 16 DTMF-tonpar till en 4-bitars kodutgång. Den inbyggda kopplingstonen avvisande kretsen eliminerar behovet av förfiltrering när

ingångssignal gavs med stift 2 (IN-) i ingångskonfiguration med en enda ända erkänns vara effektiv, den korrekta 4-bitars avkodningssignalen för DTMF-tonen överförs via Q1 (stift 11) till och med Q 4 (stift 14) -utgången till ingångsstiften P1.0 (stift 1) till P1.3 (stift 4) på port 1 på 89C51 IC. AT89C51 är den styrande enheten. I detta projekt accepterar den binära koden som motsvarar den detekterade tonen tas emot och den binära koden för att driva motorerna skickas till förarens IC. Utsignalen från portstiften P2.0 till P2.3 på mikrokontrollern matas till ingången IN1 till och med IN4 för motorföraren L293D för att driva två växlade likströmsmotorer. En manuell återställningsknapp används också. Mikrokontrollerutgången är inte tillräcklig för att driva likströmsmotorerna, så strömdrivrutiner krävs för motorrotation. L293D består av fyra förare. Stift IN1 till och med IN4 och ut1 i hela 4 är ingångs- och utgångsstiften för förare1 till förare4.

Steg 7: Programmera

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

SLUTET

Steg 8: PCB -TILLVERKNING

Tillverkningen av PCB slutfördes i 4 steg:

1. Komponent layout design

2. Design av PCB -layout

3. Borrning

4. Etsning av kretskortet

PCB -komponenterna installerades med hjälp av Orcad Capture -programvaran och importerades till Orcad Layout för att designa anslutningarna. Layouten speglades sedan för utskrift på den rengjorda kopparkartongen. Efter tryckningen (vi använde en pulverfärgbaserad skrivare för att skriva ut layouten på ett vitt papper och använde en järnlåda för att värma och överföra intrycket till kopparkartans yta. Extra koppar etsades ut med hjälp av en järnkloridlösning och en liten mängd saltsyra användes som katalysator. Efter att brädet etsats ordentligt, borrades hålen med en handhållen PCB -borrare. Komponenterna köptes och löddes försiktigt på brädet. När det gäller IC: er löds först lödningar på vilka IC: erna placerades.

Steg 9: Testning

För att roboten skulle fungera som förväntat aktiverade vi automatiskt svar på NokiaC1-02-mobiltelefonen som vi använde som mottagare på roboten. Så när någon ringer det numret svarar mobilen automatiskt. När den som ringer trycker på en tonomkopplare tar mottagaren handenheten emot den och skickar den till DTMF -avkodaren via ljudutgång. Avkodaren avkodar tangenten som trycktes och meddelar 89C51 mikrokontroller. Mikrokontrollern utfärdar sedan lämpliga kontrollkommandon till roboten via motordrivrutinerna.

Steg 10: Referenser

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