PCB-Design für mobiltelefongesteuerten Roboter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:17

Ich habe dieses Projekt im Jahr 2012 als mein Nebenprojekt gemacht. Dieses Projekt wurde von der Notwendigkeit einer Methode zur Neutralisierung von Bedrohungen ohne direktes Eingreifen von Menschen inspiriert. Zu dieser Zeit wurde mein Land von der Gewalt hart getroffen, was mich motivierte, ein einfaches Roboterfahrzeug zu entwickeln, das mit jedem Mobiltelefon bedient werden kann. Der Roboter wird über DTMF-Audiofrequenzen gesteuert, wodurch er auch in 2G-Netzen eine breitere Betriebsabdeckung hat. In diesem anweisbaren werde ich mich mehr auf das PCB-Design konzentrieren.

Lieferungen

M8870 DTMF-Decoder

89C51Mikrocontroller

L293D Motortreiber

Gleichstrommotoren

Fahrgestell von Roboterautos

Handy

5V geregeltes Netzteil

Schritt 1: Grundstruktur

Schauen wir uns die Grundstruktur des Roboters an.

Das dort abgebildete Mobiltelefon dient zur Steuerung des Roboters. Wir rufen das Mobilteil an, das sich im Roboter befindet, der Roboter nimmt den Anruf dann automatisch an und dann müssen wir jede Taste drücken, um die Bewegung des Roboters zu steuern, die mit Hilfe des damit verbundenen Mikrocontrollers gesteuert wird. Der Roboter kann mit Hilfe des externen Reset-Schalters zurückgesetzt werden. Jeder Schalter ist für jede Operation zugewiesen. Wenn die der Bewegung des Roboters entsprechende Taste gedrückt wird, dekodiert der DTMF-Decoder den am Empfänger erzeugten Ton und sendet den Binärcode an den Mikrocontroller. Der Mikrocontroller ist so programmiert, dass, wenn die der Bewegung entsprechenden Binärcodes erkannt werden, der Mikrocontroller die entsprechende Binäreingabe an den Motortreiber gibt. Der Motortreiber interpretiert das Signal und gibt dem Motor entsprechende Spannungen, schaltet ihn um und dreht den Motor in die entsprechende Richtung.

Schritt 2: DTMF-DECODER

Der M8870 ist ein vollständiger DTMF-Empfänger, der sowohl den Bandsplit-Filter als auch die Decoderfunktionen in einem einzigen 18-Pin-DIP- oder SOIC-Gehäuse integriert. Der mit CMOS-Prozesstechnologie hergestellte M-8870 bietet einen geringen Stromverbrauch (35 mW max) und eine präzise Datenverarbeitung. Seine Filtersektion verwendet Switched-Capacitor-Technologie sowohl für die hohen und niedrigen Gruppenfilter als auch für die Wähltonunterdrückung. Sein Decoder verwendet digitale Zähltechniken, um alle 16 DTMF-Tonpaare zu erkennen und in einen 4-Bit-Code zu decodieren. Die Anzahl der externen Komponenten wird durch die Bereitstellung eines Differenzeingangsverstärkers auf dem Chip, eines Taktgenerators und eines zwischengespeicherten Tri-State-Schnittstellenbusses minimiert. Zu den minimal erforderlichen externen Komponenten gehören ein kostengünstiger 3,579545-MHz-Farbburstkristall, ein Zeitgeberwiderstand und ein Zeitgeberkondensator. Der M-8870-02 bietet eine „Power-Down“-Option, die, wenn sie aktiviert ist, den Verbrauch auf weniger als 0,5 mW senkt. Das M-8870-02 kann auch die Dekodierung von Ziffern der vierten Spalte verhindern.

Merkmale von M8870:

• Kompletter DTMF-Empfänger
• Geringer Stromverbrauch (35mw)
• Verstärker mit interner Verstärkungseinstellung
• Einstellbare Aufnahme- und Freigabezeiten
• Qualität der Zentrale
• Power-Down-Modus (5mw)
• Einzelnes 5-Volt-Netzteil
• Wähltonunterdrückung
• Sperrmodus

Die DTMF-Technik gibt eine eindeutige Darstellung von 16 üblichen alphanumerischen Zeichen (0-9, A-D, *, #) auf dem Telefon aus. Die niedrigste verwendete Frequenz beträgt 697 Hz und die höchste verwendete Frequenz ist 1633 Hz. Die DTMF-Tastatur ist so angeordnet, dass jede Reihe ihre eigene einzigartige Tonfrequenz hat und auch jede Spalte ihre eigene einzigartige Tonfrequenz hat. Oben ist eine Darstellung der typischen DTMF-Tastatur und der zugehörigen Zeilen-/Spaltenfrequenzen. Durch Drücken einer Taste, zum Beispiel 5, wird ein Doppelton erzeugt, der aus 770 Hz für die tiefe Gruppe und 1336 Hz für die hohe Gruppe besteht.

Schritt 3: 89C51 MIKROCONTROLLER

Der hier verwendete Mikrocontroller ist AT89C51. Der AT89C51 ist ein stromsparender, hochleistungsfähiger CMOS-8-Bit-Mikrocomputer mit 8KByte Flash, programmierbarem und löschbarem Nur-Lese-Speicher (PEROM). Das Gerät wird unter Verwendung der hochdichten nichtflüchtigen Speichertechnologie von Atmel hergestellt und ist mit dem Industriestandard 80C51 und 80C52 Befehlssatz und Pinbelegung kompatibel. Es ist eine Steuereinheit, die nach Bedarf programmiert werden kann. In diesem Projekt wird der dem erkannten Ton entsprechende Binärcode empfangen und der Binärcode zum Antrieb der Motoren an den Treiber-IC gesendet.

Merkmale:

• Produkt von ATMEL
• Ähnlich wie 8051
• 8-Bit-Mikrocontroller
• Verwendet EPROM- oder FLASH-Speicher
• Mehrfach programmierbar (MTP)

Der ATMEL89C51 verfügt über insgesamt 40 Pins, die für verschiedene Funktionen wie I/O, RD, WR, Adresse und Interrupts reserviert sind. Von 40 Pins sind insgesamt 32 Pins für die vier Ports P0, P1, P2 und P3 reserviert, wobei jeder Port 8 Pins belegt. Die restlichen Pins sind als Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA und PSEN bezeichnet. Alle diese Pins außer PSEN und ALE werden von allen Mitgliedern der 8051- und 8031-Familien verwendet.

Schritt 4: L293D MOTORTREIBER

Die beiden Motoren werden mit dem L293D-Motortreiber-IC angetrieben. Der L293D ist ein bidirektionaler Vierfach-H-Brücken-Motortreiber-IC, der einen Strom von bis zu 600 mA mit einem Spannungsbereich von 4,5 bis 36 Volt treiben kann. Es eignet sich zum Antrieb kleiner DC-Getriebemotoren, bipolarer Schrittmotoren usw.

Merkmale von L293D:

• 600mA Ausgangsstromkapazität pro Kanal
• 1,2 A Spitzenausgangsstrom (nicht wiederholend) pro Kanal
• Aktivieren Sie den Übertemperaturschutz der Einrichtung
• Logische „0“Eingangsspannung bis zu 1,5 V (Hohe Störfestigkeit)
• Interne Klemmdioden

Die L293D sind vierfache Hochstrom-Halb-H-Antriebe. Der L293D ist für bidirektionalen Antriebsstrom von bis zu 600 mA bei Spannungen von 4,5 V bis 36 V ausgelegt. Beide Antriebe sind für den Antrieb einer induktiven Last wie Relais, Magnetspule, Gleichstrom- und bipolarer Schrittmotor sowie Hochstrom-/ Hochspannungslasten in Anwendungen mit positiver Versorgung. L293D besteht aus vier Eingängen mit Verstärkern und Ausgangsschutzschaltungen. Die Laufwerke werden paarweise aktiviert, wobei Laufwerke 1 und 2 durch 1, 2 EN aktiviert werden und Laufwerke 3 und 4 durch 3, 4 EN aktiviert werden. Wenn ein Freigabeeingang hoch ist, werden die zugehörigen Treiber freigegeben und ihre Ausgänge sind aktiv und in Phase mit ihren Eingängen.

Schritt 5: Netzteil

Low-Duty-DC-Batterien haben eine geeignete Nennspannung von 5V-9V und einen Strom von max. 1000mA. Um eine geregelte Gleichspannung zu erhalten, wurden Spannungsregler verwendet. Spannungsregler-ICs sind mit festen (typischerweise 5, 12 und 15 V) oder variablen Ausgangsspannungen erhältlich. Sie werden auch nach dem maximalen Strom bewertet, den sie passieren können. Negative Spannungsregler sind erhältlich, hauptsächlich für den Einsatz in Doppelversorgungen. Die meisten Regler verfügen über einen automatischen Schutz vor übermäßigem Strom ("Überlastschutz") und Überhitzung ("thermischer Schutz"). Viele der Festspannungsregler-ICs haben 3 Leitungen und sehen aus wie Leistungstransistoren, wie der rechts abgebildete Regler 7805 (+5V, 1A). Sie verfügen über ein Loch zum Anbringen eines Kühlkörpers, falls erforderlich.

Schritt 6: Programmierung

Die Software Keil uVision wurde verwendet, um das Programm für den 89C51 zu entwickeln, und Orcad Capture / Layout wurde verwendet, um unsere maßgeschneiderte Leiterplatte zu entwerfen und herzustellen.

Alle Typen der MT8870-Serie verwenden digitale Zähltechniken, um alle 16 DTMF-Tonpaare zu erkennen und in einen 4-Bit-Codeausgang zu decodieren. Die eingebaute Schaltung zur Unterdrückung des Wähltons macht eine Vorfilterung überflüssig, wenn die

Eingangssignal an Pin 2 (IN-) gegeben wurde in Single-Ended-Eingangskonfiguration wird als wirksam erkannt, das korrekte 4-Bit-Dekodiersignal des DTMF-Tons wird über Q1(Pin11) bis Q4(Pin 14) Ausgang an die Eingangspins P1.0 (Pin 1) bis P1.3 (Pin 4) von Port 1 des 89C51 IC. AT89C51 ist die Steuereinheit. In diesem Projekt wird der dem erkannten Ton entsprechende Binärcode empfangen und der Binärcode zum Antrieb der Motoren an den Treiber-IC gesendet. Der Ausgang von den Portpins P2.0 bis P2.3 des Mikrocontrollers wird jeweils dem Eingang IN1 bis IN4 des Motortreibers L293D zugeführt, um zwei DC-Getriebemotoren anzutreiben. Ein manueller Reset-Schalter wird ebenfalls verwendet. Der Ausgang des Mikrocontrollers reicht nicht aus, um die Gleichstrommotoren anzutreiben, daher sind Stromtreiber für die Motordrehung erforderlich. Der L293D besteht aus vier Treibern. Pin IN1 bis IN4 und out1 bis 4 sind Eingangs- bzw. Ausgangspins von Treiber1 bis Treiber4.

Schritt 7: Programm

ORG 000H

ANFANG:

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

ENDE

Schritt 8: PCB-HERSTELLUNG

Die Herstellung von PCB wurde in 4 Schritten abgeschlossen:

1. Komponenten-Layout-Design

2. PCB-Layout-Design

3. Bohren

4. Ätzen der Platine

Die PCB-Komponenten wurden mit der Orcad Capture-Software eingerichtet und zum Entwerfen der Verbindungen in Orcad Layout importiert. Das Layout wurde dann zum Drucken auf die gereinigte Kupferplatte gespiegelt. Nach dem Drucken (wir verwendeten einen Drucker auf Pulverbasis, um das Layout auf ein weißes Papier zu drucken, und verwendeten eine Eisenbox, um den Abdruck zu erhitzen und auf die Kupferplattenoberfläche zu übertragen. Das zusätzliche Kupfer wurde mit einer Eisenchloridlösung herausgeätzt und als Katalysator wurde eine kleine Menge Salzsäure verwendet. Nachdem die Platine richtig geätzt war, wurden die Löcher mit einem tragbaren PCB-Bohrer gebohrt. Die Komponenten wurden gekauft und sorgfältig auf die Platine gelötet. Bei den ICs wurden zuerst Abstandshalter gelötet auf denen die ICs platziert wurden.

Schritt 9: Testen

Damit der Roboter wie erwartet funktioniert, haben wir die automatische Antwort auf dem Mobiltelefon NokiaC1-02 aktiviert, das wir als Empfänger des Roboters verwendet haben. Wenn also jemand diese Nummer anruft, antwortet das Mobiltelefon automatisch. Wenn der Anrufer einen Tonschalter drückt, empfängt der Hörer den Hörer und sendet ihn über den Audioausgang an den DTMF-Decoder. Der Decoder dekodiert die gedrückte Taste und benachrichtigt den Mikrocontroller 89C51. Der Mikrocontroller gibt dann über die Motortreiber entsprechende Steuerbefehle an den Roboter.

Schritt 10: Referenzen

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