Op PIC gebaseerde LF en robot vermijden - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:19

Invoering

In deze instructable leer je een lichte volgende en ontwijkende robot te maken. Mijn inspiratie haal ik uit robots die gewoon menselijk gedrag nabootsen, je loopt bijvoorbeeld niet zomaar tegen een muur aan. Je hersenen communiceren met je spieren/organen en zullen je onmiddellijk stoppen. Je hersenen werken op dezelfde manier als een eenvoudige microcontroller die input ontvangt en deze verwerkt tot output, in dit geval vertrouwen je hersenen op je ogen voor informatie. Tegelijkertijd is het acceptabel om tegen een muur aan te lopen als je blind bent. Je hersenen krijgen geen input van je ogen en kunnen de muur niet zien. Deze robot zal aan het eind niet alleen een complete build zijn, maar ook een coole leerervaring over elementaire elektronische componenten, doe-het-zelf en ontwerpvaardigheden om iets te maken, en ik weet dat je ervan zult genieten. Ik weet dat er veel eenvoudigere en conventionelere methoden zijn waarbij je niet zelf circuits hoeft te bouwen en basismodules hoeft te gebruiken om hetzelfde resultaat te bereiken, maar ik heb een meer andere benadering gekozen, behalve als je een doe-het-zelver bent zoals ik en op zoek bent naar leer iets nieuws, dit is het perfecte project voor jou! Deze robot zal het licht volgen en wanneer een voeler de muur raakt, zal hij omkeren en draaien, dit zijn dus de basisfuncties van deze robot. Ik hoop dat je geniet van mijn project!

Stap 1: Lijst met materialen

de elektronica

Weerstanden

· 10K weerstand, ¼ watt (x20)

· 2.2K weerstand, ¼ watt (x10)

· 4,7K VR (x2)

· 10K VR (x2)

· 1K weerstand, ¼ watt (x10)

· 220 ohm weerstand, ¼ watt (x4)

· 22K weerstand ¼ watt (x10)

condensatoren

· 10 pf keramiek (x5)

· 2200uf elektrolytisch, 25V (x2)

· 10nf keramiek (x4)

Halfgeleiders

· BD 139 NPN vermogenstransistor (x4)

· BD 140 PNP vermogenstransistor (x4)

· BC 327 PNP-transistor (x4)

· LM350 spanningsregelaars (x2)

· 741 op-amp (x2)

· 4011 Quad NAND (x2)

· PIC16F628A-microcontroller (x1)

· LED 5mm (kleur naar keuze) (x3)

Hardware

· Multiplex platen

· 5 mm x 60 mm afstandsmoer (x4)

· 5 mm x 20 mm bout (x8)

· Motorreductoren 12V 500mA (x2)

· 60 mm schuimrubberen wielen (x2)

· Vrouwelijke gemêleerde (jumper) connectoren (x50)

· 12V, 7,2Ah Gate-motoraccu (optioneel, kleinere accu kan worden gebruikt, maar zorg ervoor dat deze 12V is).

· 2 mm draad (10 m)

· mannelijke heide (jumper) connectorpinnen (x50)

· 3 mm krimpkous (2 m)

Stap 2: Circuits bouwen

Het bouwen van de circuits is vrij eenvoudig, dit is een geweldige leerervaring voor degenen die het nog nooit eerder hebben gedaan en een goede oefening voor degenen die dat wel hebben gedaan. Je kunt altijd een andere methode proberen, maar ik gebruik liever Veroboard omdat het gemakkelijker is om de sporen over te steken om op te solderen. Ik raad aan voordat je het eigenlijke circuit bouwt om een model op het breadboard te maken en om je Veroboard-lay-out voor je circuit op papier te ontwerpen, dit klinkt nu als veel werk, maar het zal zijn vruchten afwerpen bij het bouwen van je circuits (vooral voor de referentiepunten).

H-bruggen bouwen

De H-Bridge is een circuit dat verantwoordelijk is voor het aandrijven van uw motoren die een signaal ontvangt van de microcontroller en de motoren stopt of omkeert (dit is een gemodificeerde H-Bridge met de 4011 die als beveiligingscircuit fungeert en meer toevoegt bedieningsfuncties). Hieronder staan afbeeldingen van het schakelschema, de lay-out van het Vera-bord en het uiteindelijke circuit (vergeet niet om 2 H-bruggen te bouwen, één voor elke motor).

Stap 3: LDR-circuits bouwen

De LDR-circuits fungeren als ogen voor de robot die de aanwezigheid van licht detecteert en een spanningssignaal naar de PIC-microcontroller stuurt, om het spanningssignaal voor de PIC te versterken. Ik gebruikte een 741 operationele versterker. Vergeet niet om 2 circuits te bouwen, één voor elk oog van de robot.

Stap 4: PIC-ondersteunend circuit bouwen

Dit is het circuit dat het brein van de robot is.

Stap 5: Spanningsregulerende circuits bouwen

De hoofdvoeding die de robot binnenkomt is 12V, dit betekent dat er een spanningsregelaar moet zijn op de H-Bridge circuits omdat ze op 9V werken en op de PIC en LDR circuits die beide op 5V werken. De spanning moet ook stabiel zijn om componenten niet te beschadigen, deze circuits regelen de spanning, vergeet niet om 2 circuits te bouwen. (Alle afbeeldingen staan hieronder). Nadat u de circuits hebt voltooid, stelt u ze in op de juiste spanning door de VR te draaien en te meten met een multimeter. Onthoud dat LDR- en PIC-circuits +5V nodig hebben. En H-bruggen hebben +9V nodig.

Stap 6: Pins toevoegen aan circuit

Nu je je circuits hebt gebouwd, is het tijd om op de header-pinnen te solderen. Een andere methode is om draad rechtstreeks op het bord te solderen, maar ik merk dat draadbreuken dan vaker voorkomen. Om te bepalen waar de pinnen moeten worden gesoldeerd, kijk op de Veroboard-lay-out van elk circuit, in de toetsen onder het circuitontwerp vindt u de symbolen voor de koppinnen en kijk dan gewoon naar uw circuitontwerp, tel uw gaten op het bord om de lay-out en soldeer dan gewoon de pin. (Het symbool waarnaar u moet zoeken, wordt in een afbeelding weergegeven). Denk eraan om de juiste lay-out voor het juiste circuit te kiezen.

Stap 7: de sporen van Veroboard breken

Je circuits zijn bijna klaar; het belangrijkste wat je nu nog moet doen, is de sporen op het Veroboard breken. Volg opnieuw hetzelfde principe met behulp van de toetsen op elk circuit om te bepalen waar de sporen moeten worden gebroken, zorg ervoor dat je de sporen helemaal doorbreekt, ik gebruikte een ambachtelijk (hobby)mes. (Er wordt een afbeelding van de sleutel en een voorbeeld van een spooronderbreking verstrekt).

Stap 8: Coderen van de PIC

Nu je je circuits hebt voltooid, kun je beginnen met het grootste deel van de robot, het coderen van de PIC, het coderen van de PIC is eenvoudig, de code is geschreven in MPLab X, de broncode en het firmwarebestand (.hex) worden geleverd in het zip-pakket. Om de firmware naar de PIC-controller te flashen, kunt u elke beschikbare programmer gebruiken.

Stap 9: Microchips plaatsen

Nu je het grootste deel van je werk met circuits hebt voltooid, is het tijd voor het laatste, het plaatsen van de microchips. Dit is een vrij gemakkelijke taak, maar het is nog steeds lastig, de meeste van je microchips komen in rare sponzen als je ze in de winkel koopt, je vraagt je misschien af waarom, maar de chips zijn statisch gevoelig, wat betekent dat je ze niet met je handen kunt aanraken, tenzij je dragen een statische band. Dit geldt ook voor de 4011's en de PIC, dus wees voorzichtig en raak de pinnen van deze microchips niet aan, anders beschadig je ze. (Zorg ervoor dat u de chip op de juiste kant plaatst, er wordt een voorbeeld gegeven).

Stap 10: Circuits testen

Je circuits zijn nu voltooid; het is tijd om ze te testen! Om je schakelingen te testen heb je een multimeter nodig (een multimeter is een apparaat dat verschillen in spanning, stroom en weerstand meet), gelukkig heeft de moderne multimeter nog een paar functies. Allereerst moet u een visuele basisinspectie van het circuit uitvoeren, controleren op scheuren, draadbreuken en ontkoppelingen. Als je daar blij mee bent, is het belangrijk om bijvoorbeeld alle polariteiten in het circuit te controleren: je transistors moeten goed zitten en je microchips moeten correct zijn geplaatst. Daarna is het tijd om de onderkant van de printplaat te controleren, visueel te controleren op kortsluiting tussen de sporen en dan gewoon om zeker te zijn een knutselmes te nemen en het gewoon tussen de metalen sporen van het bord te snijden om er zeker van te zijn. Het laatste waar je op moet letten, zijn je pauzes, doe een visuele inspectie van elke pauze in je circuit om er zeker van te zijn dat de baan helemaal doorbroken is. Om dit goed te controleren, moet u de instelling van uw multimeter aanpassen aan continuïteit (hieronder vindt u een afbeelding) en een draad naar de ene kant van de Brocken-baan plaatsen en de andere naar de andere kant, als uw multimeter piept, is uw pauze defect en je moet het opnieuw doen. Ik raad aan om elk circuit afzonderlijk te testen om niet in de war te raken. (Repareer al uw fouten voordat u de volgende stap uitvoert). Vergeet niet om de circuits met de juiste spanningsregeling te laten werken:

· H-bruggen: 9V

· LDR + PIC: 5V

Stap 11: Assembleren van robotlichaam

Nu je circuitwerk klaar is, is het tijd om wat doe-het-zelf te doen, nu gaan we het bovenste deel van de robot monteren. Het bovenste deel bestaat in feite uit alle schakelingen en sensoren. Allereerst moet je gaten boren in je multiplexplaat voor de afstandsmoeren en schroeven, boor de centimeter van de zijkant op elke hoek (het is niet echt belangrijk waar je ervoor kiest om je gaten te boren, zolang je structuur maar stabiel is en overeenkomt aan de gaten die in de onderste plank zijn geboord). Nu moet je nog wat boren…..als je ervoor kiest om je plank op afstandsmoeren te monteren, moet je schoffels voor ze boren (zie de diameter van je moer en kies de boor dienovereenkomstig), je moet ook gaten boren in je circuit, wees voorzichtig wanneer u dat doet om het bord niet te beschadigen en kies waar u de gaten wilt hebben volgens de lay-out van uw printplaat (om de sporen niet te beschadigen). Een andere eenvoudigere methode is om de planken gewoon op het triplex te lijmen (probeer daarbij aan mijn lay-out te blijven, H-bruggen aan de achterkant gemonteerd enz.)

Stap 12: Assembleren van robotlichaam (deel 2)

Nu je het bovenste deel hebt gemonteerd, is het tijd om het onderste deel te monteren. De onderkant zal alle spanningsregelaars, de aandrijfmotoren en condensatoren huisvesten. Je eerste stap is het monteren van de motoren op de multiplexplaat. Ik geef de voorkeur aan twee basismanieren om motoren te monteren, ofwel monteer je ze in het midden van het triplexpaneel of aan een kant naar keuze. Als u ervoor kiest om motoren aan de zijkant te monteren, moet u niet vergeten een vliegwiel aan de voorkant aan te schaffen om de robot te helpen balanceren en zelf goed te manoeuvreren. Vergeet niet om enkele basismetingen en controles uit te voeren voordat u uw motoren op de juiste manier monteert, ik raad aan om de motor te monteren met kabelbinders die goedkoop en gemakkelijk te voltooien zijn, eerst uw motor heet lijmen volgens de door u gewenste afmetingen en vervolgens twee gaten aan twee zijden van de motor in het triplex en gebruik gewoon een ritssluiting om deze vast te houden (vergeet niet om uw ritssluiting goed vast te zetten). Het aanbrengen van regelaars en de condensatoren is eenvoudig (improviseer met de ruimte die je op het triplex hebt) en monteer ze met de afstandsmoer-methode of hete lijm (ik raad aan om de condensatoren te lijmen). Boor tot slot gaten voor het monteren van het bovenpaneel (gebruik dezelfde afmetingen als bij het bovenste deel), ik raad aan kleinere gaten te boren en de afstandsmoeren erin te persen.

Stap 13: Bedrading

Nu je je circuits hebt gesoldeerd, gecontroleerd en gemonteerd, is het tijd om het geheel aan elkaar te bedraden. De basis van de bedrading is dat alle circuits uiteindelijk worden aangesloten op de PIC die informatie zal verwerken en verzenden, onthoud dat uw bedrading erg belangrijk is en u moet ervoor zorgen dat alles correct is. Ok, nu voor hoe te bedraden, nu begrijp je waarom ik ervoor koos om met de heather pin-methode te gaan, omdat het het gemakkelijker maakt. Als je een vrouwelijke jumperdraad hebt, kun je de boards snel met elkaar verbinden, zo niet, dan kun je gewoon normale draad op de heather-pin solderen (jumpers zijn beter, want als je verkeerde pinnen hebt, hoef je niet opnieuw te solderen). Een bedradingsschema zal worden verstrekt in de afbeelding.

Stap 14: Voelers bevestigen en verbinden

Je robot gebruikt twee voelsprieten om de muur ervoor te voelen. Het bevestigen van de voelsprieten is vrij eenvoudig, het zijn in feite twee microschakelaars die als linker- en rechtervoeler fungeren. Heet lijm ze op de voorkant van je tweede bord. Hieronder vindt u het schakelschema van de aansluitingen. (Vergeet niet om de pinnen van de microschakelaar te achterhalen, bijv. COM).

Stap 15: Robot testen

Oké, dit is het spannende moment waarop je hebt gewacht, om eindelijk je robot voor de eerste keer op te starten!! Raak niet te opgewonden nu dit nooit de eerste keer werkt, als dat zo is, BEN JIJ EEN GELUKKIGE BOUWER!! Wees nu niet teleurgesteld als het niet werkt, maak je geen zorgen, het zal zeker snel gebeuren. Hieronder heb ik een lijst gemaakt met alle mogelijke problemen waarmee u te maken kunt krijgen en hoe u deze kunt oplossen.

· Het hele ding doet niets. Controleer de voedingscircuits en aansluitingen op de voedingspinnen van het bord, controleer ook op polariteitsproblemen.

· Motoren die in tegengestelde richting draaien. Verwissel de polariteit van een motor, deze zou de andere kant op moeten draaien, kan ook een programmeerprobleem zijn.

· Er begint iets te roken of je voelt dat iets heel heet is. KORTSLUITING!! Schakel onmiddellijk uit om schade te voorkomen. Controleer alle mogelijke circuits, inclusief draadverbindingen.

· Motoren draaien heel langzaam. Verhoog de stroom naar de robot. Of mogelijk tekort aan H-brug.

· Robot neemt het licht niet goed waar. VR aanpassen op LDR-circuits, kan een programmeerprobleem zijn.

· Robot gedraagt zich ongewoon en doet rare dingen. Programmeren! Dubbelcheck de programmeercode.

· Robot voelt de muur niet. Controleer aansluitingen op microschakelaars.

Dit zijn dus de problemen die met mijn robot zijn gebeurd. Als je een ongewoon probleem hebt, voel je dan vrij om mijn ontwerpen ten goede te veranderen of aan te passen, onthoud dat we allemaal aan het leren zijn en dat perfect niet bestaat.

Stap 16: vallen en opstaan

Als je robot na vele uren proberen, controleren en testen nog steeds niet werkt, gooi hem dan niet tegen de muur of scheur hem uit elkaar en verlies de hoop. Probeer eens naar buiten te lopen om een frisse neus te halen of gewoon een nachtje te slapen, ik heb veel van dat soort momenten gehad, en weet je waarom? Elektronica is een harde hobby, een onderdeel faalt - alles faalt. Vergeet niet om het tijdens het testen in secties op te splitsen en houd altijd een open geest met ontwerp en lay-out. Wees vrij en creatief en geef nooit op!!! Als je mijn project leuk vond, stem me dan in de make it move-wedstrijd, ik hoop dat jullie ervan genieten!