PCB-ontwerp voor mobiele telefoongestuurde robot - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:15

Ik deed dit project in 2012 als mijn kleine project. Dit project is geïnspireerd op de behoefte aan een methode om bedreigingen te neutraliseren zonder directe tussenkomst van mensen. Dat was de tijd, mijn land werd zwaar getroffen door geweld dat me motiveerde om een eenvoudig robotvoertuig te ontwikkelen dat met elke mobiele telefoon kan worden bediend. De robot wordt bestuurd via DTMF-audiofrequenties, waardoor hij een groter operationeel bereik heeft, zelfs in 2G-netwerken. In deze instructable zal ik me meer concentreren op het PCB-ontwerp.

Benodigdheden

M8870 DTMF-decoder

89C51Microcontroller

L293D-motorstuurprogramma

DC-motoren

Robot auto chassis

Mobiele telefoon

5v gereguleerde voeding

Stap 1: Basisstructuur

Laten we de basisstructuur van de robot eens bekijken.

De daar getoonde mobiele handset wordt gebruikt om de robot te besturen. We bellen naar de handset die in de robot is geplaatst, de robot neemt dan automatisch de oproep aan en dan moeten we op elke toets drukken om de beweging van de robot te besturen, die wordt bestuurd met behulp van de bijbehorende microcontroller. De robot kan worden gereset met behulp van de externe reset-schakelaar. Elke schakelaar wordt toegewezen voor elke bewerking. Wanneer de toets die overeenkomt met de beweging van de robot wordt ingedrukt, decodeert de DTMF-decoder de toon die bij de ontvanger wordt gegenereerd en stuurt de binaire code naar de microcontroller. De microcontroller is zo geprogrammeerd dat wanneer de binaire codes die overeenkomen met de beweging worden gedetecteerd, de microcontroller de overeenkomstige binaire invoer aan de motordriver zal geven. De motorbestuurder zal het signaal interpreteren en de motor de juiste spanningen geven, waardoor deze wordt geschakeld en de motor in de overeenkomstige richting draait.

Stap 2: DTMF-DECODER

De M8870 is een volledige DTMF-ontvanger die zowel het bandsplitfilter als de decoderfuncties integreert in een enkel 18-pins DIP- of SOIC-pakket. De M-8870 is vervaardigd met behulp van CMOS-procestechnologie en biedt een laag stroomverbruik (max. 35 mW) en nauwkeurige gegevensverwerking. Het filtergedeelte maakt gebruik van geschakelde condensatortechnologie voor zowel de hoge als de lage groepsfilters en voor het onderdrukken van kiestoon. De decoder maakt gebruik van digitale teltechnieken om alle 16 DTMF-toonparen te detecteren en te decoderen in een 4-bits code. Het aantal externe componenten wordt geminimaliseerd door de voorziening van een differentiële ingangsversterker op de chip, een klokgenerator en een vergrendelde tri-state interfacebus. Minimale externe componenten die nodig zijn, zijn onder meer een goedkope 3,579545 MHz color burst-kristal, een timingweerstand en een timingcondensator. De M-8870-02 biedt een "power-down"-optie die, indien ingeschakeld, het verbruik verlaagt tot minder dan 0,5 mW. De M-8870-02 kan ook het decoderen van cijfers in de vierde kolom blokkeren.

Eigenschappen van M8870:

• Complete DTMF-ontvanger
• Laag stroomverbruik (35mw)
• Interne versterkingsinstelling versterker
• Instelbare acquisitie- en releasetijden
• Kwaliteit centraal kantoor
• Power-down-modus (5mw)
• Enkele 5 Volt voeding
• Kiestoononderdrukking
• Blokkeer modus

De DTMF-techniek geeft een duidelijke weergave van 16 veelvoorkomende alfanumerieke tekens (0-9, A-D, *, #) op de telefoon. De laagste gebruikte frequentie is 697 Hz en de hoogste gebruikte frequentie is 1633 Hz. Het DTMF-toetsenbord is zo gerangschikt dat elke rij zijn eigen unieke toonfrequentie heeft en ook elke kolom zijn eigen unieke toonfrequentie. Hierboven ziet u een weergave van het typische DTMF-toetsenbord en de bijbehorende rij-/kolomfrequenties. Door op een toets te drukken, bijvoorbeeld 5, wordt een dubbele toon gegenereerd die bestaat uit 770 Hz voor de lage groep en 1336 Hz voor de hoge groep.

Stap 3: 89C51 MICROCONTROLLER

De microcontroller die we hier gebruiken is AT89C51. De AT89C51 is een low-power, high-performance CMOS 8-bit microcomputer met 8K bytes aan Flash programmeerbaar en wisbaar alleen-lezen geheugen (PEROM). Het apparaat is vervaardigd met behulp van Atmel's high-density niet-vluchtige geheugentechnologie en is compatibel met de industriestandaard 80C51 en 80C52 instructieset en pinout. Het is een regeleenheid die naar wens kan worden geprogrammeerd. In dit project accepteert het de binaire code die overeenkomt met de gedetecteerde toon die wordt ontvangen en de binaire code om de motoren aan te drijven wordt naar het driver-IC gestuurd.

Functies:

• Het product van ATMEL
• gelijk aan 8051
• 8-bits microcontroller
• Gebruikt EPROM- of FLASH-geheugen
• Meerdere tijd programmeerbaar (MTP)

De ATMEL89C51 heeft in totaal 40 pinnen die bestemd zijn voor verschillende functies zoals I/O, RD, WR, adres en interrupts. Van de 40 pinnen zijn er in totaal 32 pinnen gereserveerd voor de vier poorten P0, P1, P2 en P3, waarbij elke poort 8 pinnen nodig heeft. De rest van de pinnen wordt aangeduid als Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA en PSEN. Al deze pinnen, behalve PSEN en ALE, worden gebruikt door alle leden van de 8051- en 8031-families.

Stap 4: L293D MOTOR BESTUURDER

De twee motoren worden aangedreven met behulp van het L293D-motorstuurprogramma-IC. De L293D is een viervoudige halve H-brug bidirectionele motordriver-IC die stroom tot 600mA kan aansturen met een spanningsbereik van 4,5 tot 36 volt. Het is geschikt voor het aandrijven van kleine DC-motorreductoren, bipolaire stappenmotoren, enz.

Eigenschappen van L293D:

• 600ma uitgangsstroom per kanaal
• 1.2A piekuitgangsstroom (niet-repetitief) per kanaal
• Faciliteit inschakelenOvertemperatuurbeveiliging
• Logische "0" ingangsspanning tot 1,5 v (High Noise Immunity)
• Interne klemdiodes

De L293D zijn viervoudige high-current half H-drives. De L293D is ontworpen om bidirectionele aandrijfstroom tot 600 mA te leveren bij spanningen van 4,5 V tot 36 V. Beide omvormers zijn ontworpen om een inductieve belasting aan te drijven, zoals een relais, solenoïde, gelijkstroom- en bipolaire stappenmotor, evenals hoge stroom/ hoogspanningsbelastingen in toepassingen met positieve voeding. L293D bestaat uit vier ingangen met versterkers en uitgangsbeveiligingsschakelingen. Schijven worden in paren ingeschakeld, met aandrijving 1& 2 ingeschakeld door 1, 2 EN en aandrijving 3 & 4 ingeschakeld door 3, 4 EN. Wanneer een activeringsingang hoog is, is de bijbehorende driver ingeschakeld en zijn hun uitgangen actief en in fase met hun ingangen.

Stap 5: Voedingseenheid

Low-duty DC-batterijen worden geleverd met een geschikte spanning van 5V - 9V en een stroomsterkte van max. 1000mA. Om een gereguleerde gelijkspanning te verkrijgen, werden spanningsregelaars gebruikt. Spanningsregelaar-IC's zijn verkrijgbaar met vaste (meestal 5, 12 en 15V) of variabele uitgangsspanningen. Ze worden ook beoordeeld door de maximale stroom die ze kunnen doorgeven. Negatieve spanningsregelaars zijn beschikbaar, voornamelijk voor gebruik in dubbele voedingen. De meeste regelaars hebben een automatische beveiliging tegen overmatige stroom ('overbelastingsbeveiliging') en oververhitting ('thermische beveiliging'). Veel van de vaste spanningsregelaar-IC's hebben 3 draden en zien eruit als vermogenstransistors, zoals de 7805 (+5V, 1A)-regelaar die rechts wordt weergegeven. Ze zijn voorzien van een gat voor het bevestigen van een koellichaam indien nodig.

Stap 6: Programmeren

Keil uVision-software werd gebruikt om het programma voor de 89C51 te ontwikkelen en Orcad Capture / Layout werd gebruikt om onze op maat gemaakte PCB te ontwerpen en te fabriceren.

Alle typen van de MT8870-serie gebruiken digitale teltechnieken om alle 16 DTMF-toonparen te detecteren en te decoderen in een 4-bits code-uitvoer. Het ingebouwde circuit voor het onderdrukken van kiestoon elimineert de noodzaak van voorfilteren wanneer de

ingangssignaal is gegeven op pin 2 (IN-) in single-ended ingangsconfiguratie wordt herkend als effectief, het juiste 4-bit decodeersignaal van de DTMF-toon wordt overgedragen via Q1 (pin 11) via Q 4 (pin 14) uitgang naar de ingangspinnen P1.0 (pin 1) tot P1.3 (pin 4) van poort 1 van 89C51 IC. AT89C51 is de besturingseenheid. In dit project accepteert het de binaire code die overeenkomt met de gedetecteerde toon die wordt ontvangen en de binaire code om de motoren aan te drijven wordt naar het driver-IC gestuurd. De uitvoer van poortpinnen P2.0 tot en met P2.3 van de microcontroller wordt respectievelijk naar de ingang IN1 tot en met IN4 van motordriver L293D gevoerd om twee gelijkstroomreductoren aan te drijven. Er wordt ook een handmatige resetschakelaar gebruikt. De output van de microcontroller is niet voldoende om de DC-motoren aan te drijven, dus stroomdrivers zijn vereist voor de motorrotatie. De L293D bestaat uit vier drivers. Pin IN1 tot IN4 en out1 in 4 zijn respectievelijk invoer- en uitvoerpinnen van driver1 naar driver4.

Stap 7: Programmeren

ORG 000H

BEGIN:

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

EINDE

Stap 8: PCB-FABRICATIE

Het maken van PCB verliep in 4 stappen:

1. Component lay-out ontwerpen:

2. PCB-lay-out ontwerpen:

3. Boren

4. Etsen van de PCB

De PCB-componenten zijn ingesteld met de software Orcad Capture en geïmporteerd in Orcad Layout voor het ontwerpen van de verbindingen. De lay-out werd vervolgens gespiegeld om op het schoongemaakte koperen bord te worden afgedrukt. Na het afdrukken (we gebruikten een printer op basis van poederkleurstof om de lay-out op wit papier af te drukken en gebruikten een ijzeren doos om de afdruk te verwarmen en over te brengen op het oppervlak van de koperplaat. Het extra koper werd geëtst met een ijzerchloride-oplossing en een kleine hoeveelheid zoutzuur werd gebruikt als katalysator. Nadat het bord goed was geëtst, werden de gaten geboord met behulp van een draagbare PCB-boormachine. De componenten werden gekocht en zorgvuldig op het bord gesoldeerd. Wat de IC's betreft, werden eerst afstandhouders gesoldeerd waarop de IC's werden geplaatst.

Stap 9: Testen

Om de robot naar verwachting te laten werken, hebben we automatisch beantwoorden ingeschakeld op de mobiele telefoon NokiaC1-02 die we als ontvanger op de robot hebben gebruikt. Dus wanneer iemand dat nummer belt, neemt de mobiele telefoon automatisch op. Wanneer de beller op een toonschakelaar drukt, ontvangt de ontvangende handset deze en stuurt deze via audio uit naar de DTMF-decoder. De decoder decodeert de ingedrukte toets en meldt dit aan de microcontroller 89C51. De microcontroller geeft vervolgens de juiste stuurcommando's aan de robot via de motordrivers.

Stap 10: Referenties

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