PIC-basiertes LF und vermeidender Roboter - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:21

Einführung

In diesem anweisbaren lernen Sie, ein leichtes Folgen und Vermeiden von Robotern zu machen. Meine Inspiration kommt von Robotern, die gängiges menschliches Verhalten imitieren, zum Beispiel geht man nicht ohne Grund einfach gegen eine Wand. Ihr Gehirn kommuniziert mit Ihren Muskeln/Organen und stoppt Sie sofort. Ihr Gehirn funktioniert sehr ähnlich wie ein einfacher Mikrocontroller, der Eingaben empfängt und in Ausgaben verarbeitet. In diesem Fall verlässt sich Ihr Gehirn auf Ihre Augen, um Informationen zu erhalten. Gleichzeitig ist es akzeptabel, blind gegen eine Wand zu gehen. Ihr Gehirn empfängt keine Eingaben von Ihren Augen und kann die Wand nicht sehen. Dieser Roboter wird am Ende nicht nur ein kompletter Build sein, sondern auch eine coole Lernerfahrung über grundlegende elektronische Komponenten, Heimwerker- und Designfähigkeiten, um etwas zu schaffen, und ich weiß, dass Sie es genießen werden. Ich weiß, dass es viel einfachere und konventionellere Methoden gibt, bei denen Sie keine Schaltungen selbst bauen und Basismodule verwenden müssen, um das gleiche Ergebnis zu erzielen, aber ich habe einen anderen Ansatz gewählt, außer wenn Sie wie ich ein Heimwerker sind und danach suchen Lernen Sie etwas Neues, das ist das perfekte Projekt für Sie! Dieser Roboter folgt dem Licht und wenn ein Fühler die Wand berührt, dreht er sich um und dreht sich, also sind dies die Grundfunktionen für diesen Roboter. Ich hoffe, Sie genießen mein Projekt!

Schritt 1: Materialliste

Die Elektronik

Widerstände

· 10K Widerstand, ¼ Watt (x20)

· 2,2K Widerstand, ¼ Watt (x10)

· 4,7K VR (x2)

· 10K-VR (x2)

· 1K Widerstand, ¼ Watt (x10)

· 220 Ohm Widerstand, ¼ Watt (x4)

· 22K Widerstand ¼ Watt (x10)

Kondensatoren

· 10pf Keramik (x5)

· 2200uf elektrolytisch, 25V (x2)

· 10nf Keramik (x4)

Halbleiter

· BD 139 NPN-Leistungstransistor (x4)

· BD 140 PNP-Leistungstransistor (x4)

· BC 327 PNP-Transistor (x4)

· LM350 Spannungsregler (x2)

· 741 Operationsverstärker (x2)

· 4011 Quad-NAND (x2)

· Mikrocontroller PIC16F628A (x1)

· LED 5mm (Farbe nach Wahl) (x3)

Hardware

· Sperrholzplatten

· 5 mm x 60 mm Distanzmutter (x4)

· 5 mm x 20 mm Schraube (x8)

· Getriebemotoren 12V 500mA (x2)

· 60 mm Schaumstoffräder (x2)

· Heather-Buchsen (Jumper) (x50)

· 12 V, 7,2 Ah Gate-Motorbatterie (optional, kleinere Batterie kann verwendet werden, aber stellen Sie sicher, dass sie 12 V hat).

· 2mm Draht (10m)

· Male Heather (Jumper) Steckerstifte (x50)

· 3mm Schrumpfschlauch (2m)

Schritt 2: Schaltungen aufbauen

Der Aufbau der Schaltungen ist ziemlich einfach, dies ist eine großartige Lernerfahrung für diejenigen, die es noch nie gemacht haben, und eine gute Übung für diejenigen, die es getan haben. Sie können immer eine andere Methode ausprobieren, aber ich bevorzuge die Verwendung von Veroboard, da es einfacher ist, wenn die Spuren zum Anlöten quer verlaufen. Ich empfehle, vor dem Bau der eigentlichen Schaltung ein Modell auf der Steckplatine zu erstellen und Ihr Veroboard-Layout für Ihre Schaltung auf Papier zu entwerfen, das klingt jetzt nach viel Arbeit, zahlt sich aber beim Bau Ihrer Schaltungen aus (insbesondere für die Referenzpunkte)).

H-Brücken bauen

Die H-Brücke ist eine Schaltung, die für die Ansteuerung Ihrer Motoren verantwortlich ist, die Signale vom Mikrocontroller empfängt und die Motoren entweder stoppt oder umkehrt (dies ist eine modifizierte H-Brücke mit dem 4011, die als Schutzschaltung dient und mehr hinzufügt) Kontrollfunktionen). Unten sind Bilder des Schaltplans, des Vera-Board-Layouts und der Endschaltung (Denken Sie daran, 2 H-Brücken zu bauen, eine für jeden Motor).

Schritt 3: Erstellen von LDR-Schaltungen

Die LDR-Schaltungen fungieren als Augen für den Roboter, die das Vorhandensein von Licht erkennen und ein Spannungssignal an den PIC-Mikrocontroller senden, um das Spannungssignal für den PIC zu verstärken. Ich habe einen 741 Operationsverstärker verwendet. Denken Sie daran, 2 Schaltkreise zu bauen, einen für jedes Auge des Roboters.

Schritt 4: Aufbau einer PIC-Unterstützungsschaltung

Dies ist die Schaltung, die das Gehirn des Roboters ist.

Schritt 5: Spannungsregelkreise aufbauen

Die Hauptspannungsversorgung des Roboters beträgt 12 V. Dies bedeutet, dass an den H-Brückenschaltungen ein Spannungsregler vorhanden sein muss, da sie mit 9 V und an den PIC- und LDR-Schaltungen arbeiten, die beide mit 5 V arbeiten. Die Spannung muss auch stabil sein, um keine Komponenten zu beschädigen. Diese Schaltkreise regulieren die Spannung. Denken Sie daran, 2 Schaltkreise zu bauen. (Alle Bilder sind unten). Nachdem Sie die Schaltungen abgeschlossen haben, stellen Sie sie auf die richtige Spannung ein, indem Sie den VR drehen und mit dem Multimeter messen. Denken Sie daran, dass LDR- und PIC-Schaltungen +5 V benötigen. Und H-Brücken benötigen +9V.

Schritt 6: Hinzufügen von Pins zur Schaltung

Nachdem Sie Ihre Schaltungen gebaut haben, ist es an der Zeit, die Header-Pins zu löten. Eine andere Methode besteht darin, Draht direkt an die Platine zu löten, aber ich finde, dass Drahtbrüche dann häufiger auftreten. Um zu bestimmen, wo die Pins gelötet werden müssen, schauen Sie auf dem Veroboard-Layout jeder Schaltung nach. In den Tasten unter dem Schaltungsdesign finden Sie die Symbole für die Header-Pins und schauen Sie dann einfach auf Ihr Schaltungsdesign, zählen Sie Ihre Löcher auf der Platine, um den Anweisungen zu folgen Layout und dann einfach den Pin löten. (Das Symbol, nach dem Sie suchen müssen, wird in einem Bild angezeigt). Denken Sie daran, das richtige Layout für den richtigen Stromkreis zu wählen.

Schritt 7: Spuren von Veroboard brechen

Ihre Schaltungen sind fast fertig; Das Wichtigste, was jetzt noch zu tun ist, ist, die Spuren auf dem Veroboard zu brechen. Befolgen Sie wieder das gleiche Prinzip, indem Sie die Tasten auf jedem Stromkreis verwenden, um zu bestimmen, wo die Spuren unterbrochen werden sollen. Stellen Sie sicher, dass Sie die Spuren vollständig durchbrechen. Ich habe ein Bastelmesser (Hobbymesser) verwendet. (Ein Bild des Schlüssels und ein Beispiel für einen Trackbreak werden bereitgestellt).

Schritt 8: Codieren des PIC

Nachdem Sie Ihre Schaltungen fertiggestellt haben, können Sie mit dem Hauptteil des Roboters beginnen, dem Codieren des PIC, das Codieren des PIC ist einfach, der Code wurde in MPLab X geschrieben, der Quellcode und die Firmware-Datei (.hex) werden in bereitgestellt das Zip-Paket. Um die Firmware auf den PIC-Controller zu flashen, können Sie jeden verfügbaren Programmierer verwenden.

Schritt 9: Einfügen von Mikrochips

Nachdem Sie nun den Großteil Ihrer Arbeit mit Schaltungen abgeschlossen haben, ist es Zeit für den letzten Schritt, das Einsetzen der Mikrochips. Dies ist eine ziemlich einfache Aufgabe, aber es ist immer noch knifflig. Die meisten Ihrer Mikrochips kommen in seltsamen Schwämmen, wenn Sie sie im Laden kaufen tragen ein statisches Band. Dazu gehören die 4011 und der PIC, seien Sie also vorsichtig und berühren Sie nicht die Pins dieser Mikrochips, da Sie sie sonst beschädigen. (Achten Sie darauf, dass Sie den Chip auf der richtigen Seite einsetzen, ein Beispiel wird bereitgestellt).

Schritt 10: Schaltkreise testen

Ihre Schaltungen sind jetzt abgeschlossen; Es ist Zeit, sie zu testen! Um Ihre Schaltungen zu testen, benötigen Sie ein Multimeter (ein Multimeter ist ein Gerät, das Spannungs-, Strom- und Widerstandsunterschiede misst), zum Glück hat das moderne Multimeter ein paar mehr Funktionen. Zuerst müssen Sie eine grundlegende Sichtprüfung des Stromkreises durchführen und auf Risse, Drahtbrüche und Unterbrechungen prüfen. Nachdem Sie sich darüber gefreut haben, ist es wichtig, alle Polaritäten in der Schaltung zu überprüfen, zum Beispiel: Ihre Transistoren sollten richtig herum und Ihre Mikrochips sollten richtig eingesetzt werden. Danach ist es an der Zeit, die Unterseite der Platine zu überprüfen, visuell auf Kurzschlüsse zwischen den Spuren zu prüfen und dann einfach ein Bastelmesser zu nehmen und es einfach zwischen den Metallspuren der Platine zu schneiden, um sicherzugehen. Das letzte, worauf Sie achten sollten, sind Ihre Unterbrechungen. Führen Sie eine Sichtprüfung jeder Unterbrechung in Ihrer Strecke durch, um sicherzustellen, dass die Strecke vollständig durchbrochen ist. Um dies richtig zu überprüfen, müssen Sie Ihre Multimeter-Einstellung auf Kontinuität einstellen (ein Bild wird unten bereitgestellt) und eine Leitung auf die eine Seite der Brockenbahn und die andere Leitung auf die andere Seite legen. Wenn Ihr Multimeter piept, ist Ihre Unterbrechung fehlerhaft und du musst es neu machen. Ich empfehle, jede Schaltung einzeln zu testen, um nicht verwirrt zu werden. (Beheben Sie alle Ihre Fehler, bevor Sie den nächsten Schritt ausführen). Denken Sie daran, die Stromkreise mit der richtigen Spannungsregelung zu betreiben:

· H-Brücken: 9V

· LDR + PIC: 5V

Schritt 11: Zusammenbau des Roboterkörpers

Nun, da Ihre Schaltungsarbeit abgeschlossen ist, ist es Zeit, etwas DIY zu machen, jetzt werden wir den oberen Teil des Roboters zusammenbauen. Der obere Teil besteht im Wesentlichen aus allen Schaltungen und Sensoren. Zuerst müssen Sie Löcher in Ihre Sperrholzplatte für die Abstandsmuttern und -schrauben bohren, an jeder Ecke einen Zentimeter von der Seite bohren (es ist nicht wirklich wichtig, wo Sie Ihre Löcher bohren, solange Ihre Struktur stabil ist und es entspricht zu den gebohrten Löchern in der Bodenplatte). Jetzt müssen Sie noch etwas bohren….. Wenn Sie Ihr Board auf Distanzmuttern montieren möchten, müssen Sie dafür Hacken bohren (sehen Sie den Durchmesser Ihrer Mutter und wählen Sie den Bohrer entsprechend), Sie müssen auch Löcher in Ihre bohren Achten Sie dabei darauf, die Platine nicht zu beschädigen, und wählen Sie die Löcher entsprechend dem Layout Ihrer Platine aus (um die Spuren nicht zu beschädigen). Eine andere einfachere Methode besteht darin, die Bretter einfach auf das Sperrholz zu kleben (versuchen Sie dabei, mich an mein Layout zu halten, H-Brücken hinten montiert usw.)

Schritt 12: Zusammenbau des Roboterkörpers (Teil 2)

Nachdem Sie das Oberteil zusammengebaut haben, ist es an der Zeit, das Unterteil zusammenzubauen. Im Boden befinden sich alle Spannungsregler, die Antriebsmotoren und Kondensatoren. Ihr erster Schritt besteht darin, die Motoren auf der Sperrholzplatte zu montieren. Ich bevorzuge zwei grundlegende Möglichkeiten, Motoren zu montieren, entweder Sie montieren sie in der Mitte der Sperrholzplatte oder auf einer Seite Ihrer Wahl. Wenn Sie sich für die seitliche Montage von Motoren entscheiden, müssen Sie daran denken, ein vorderes Schwungrad zu kaufen, um dem Roboter zu helfen, sich auszubalancieren und sich selbst richtig zu manövrieren. Denken Sie daran, einige grundlegende Messungen und Überprüfungen durchzuführen, bevor Sie Ihre Motoren richtig montieren. Ich empfehle, den Motor mit Kabelbindern zu montieren, was billig und einfach zu vervollständigen ist Motor in das Sperrholz und verwenden Sie einfach einen Kabelbinder, um ihn zu halten (denken Sie daran, Ihren Kabelbinder richtig festzuziehen). Das Anbringen der Regler und der Kondensatoren ist einfach (improvisieren Sie mit dem Platz, den Sie auf dem Sperrholz haben) und montieren Sie sie mit der Distanzmuttermethode oder Heißkleber (ich empfehle, die Kondensatoren zu kleben). Schließlich bohren Sie Löcher für die Montage der oberen Platte (verwenden Sie die gleichen Maße wie beim oberen Teil), ich empfehle, kleinere Löcher zu bohren und die Distanzmuttern einzupressen.

Schritt 13: Verkabelung

Nachdem Sie nun Ihre Schaltungen gelötet, überprüft und montiert haben, ist es an der Zeit, das Ganze zusammen zu verdrahten. Die Grundlagen der Verkabelung sind, dass alle Schaltkreise schließlich mit dem PIC verbunden werden, der Informationen verarbeitet und sendet. Denken Sie daran, dass Ihre Verkabelung sehr wichtig ist und Sie sicherstellen müssen, dass alles korrekt ist. Ok, jetzt zum Verdrahten, jetzt verstehen Sie, warum ich mich für die Heather-Pin-Methode entschieden habe, weil sie es einfacher macht. Wenn Sie einen weiblichen Überbrückungsdraht haben, können Sie die Platinen schnell miteinander verbinden, wenn nicht, können Sie einfach normalen Draht auf den Heather-Pin löten (Jumper sind besser, da Sie bei falschen Pins nicht nachlöten müssen). Ein Schaltplan wird im Bild bereitgestellt.

Schritt 14: Anbringen und Verbinden von Fühlern

Ihr Roboter verwendet zwei Fühler, um die Wand vor ihm abzutasten. Das Anbringen der Fühler ist ziemlich einfach, da im Wesentlichen zwei Mikroschalter als linker und rechter Fühler fungieren. Heißklebe sie auf die Vorderseite deines zweiten Bretts. Nachfolgend finden Sie den Schaltplan der Anschlüsse. (Denken Sie daran, die Pins des Mikroschalters herauszufinden, z. B. COM).

Schritt 15: Roboter testen

Okay, das ist der aufregende Moment, auf den Sie gewartet haben, um Ihren Roboter endlich zum ersten Mal zu starten!! Seien Sie jetzt nicht zu aufgeregt, das funktioniert nie beim ersten Mal, wenn doch, SIE SIND EIN GLÜCKLICHER BAUER !! Seien Sie jetzt nicht enttäuscht, wenn es nicht funktioniert, keine Sorge, es wird auf jeden Fall bald passieren. Im Folgenden habe ich eine Liste mit allen möglichen Problemen erstellt, mit denen Sie möglicherweise konfrontiert sind, und wie Sie sie lösen können.

· Das Ganze macht nichts. Überprüfen Sie die Stromversorgungskreise und Verbindungen zu den Strompins der Platine, und überprüfen Sie auch auf Polaritätsprobleme.

· Gegenläufig drehende Motoren. Vertauschen Sie die Polarität eines Motors, damit er sich in die andere Richtung dreht. Dies kann auch ein Programmierproblem sein.

· Etwas fängt an zu rauchen oder Sie haben das Gefühl, dass etwas sehr heiß ist. KURZSCHLUSS!! Sofort ausschalten, um Beschädigungen zu vermeiden. Überprüfen Sie alle möglichen Stromkreise einschließlich der Kabelverbindungen.

· Motoren drehen sehr langsam. Erhöhen Sie den Strom zum Roboter. Oder mögliche H-Brückenknappheit.

· Roboter erkennt Licht nicht richtig. Passen Sie VR auf LDR-Schaltungen an, kann ein Programmierproblem sein.

· Roboter verhält sich ungewöhnlich und macht seltsame Dinge. Programmierung! Programmiercode nochmals prüfen.

· Roboter erkennt die Wand nicht. Anschlüsse an Mikroschaltern prüfen.

Dies sind also die Probleme, die meinem Roboter passiert sind. Wenn Sie ein ungewöhnliches Problem haben, können Sie meine Designs zum Besseren ändern oder modifizieren. Denken Sie daran, dass wir alle lernen und so etwas wie das Perfekte nicht gibt.

Schritt 16: Versuch und Irrtum

Wenn Ihr Roboter nach vielen Stunden des Ausprobierens, Prüfens und Testens immer noch nicht funktioniert, werfen Sie ihn nicht gegen die Wand oder zerreißen Sie ihn nicht und verlieren Sie die Hoffnung. Versuchen Sie, nach draußen zu gehen, um frische Luft zu schnappen, oder schlafen Sie einfach darüber, ich hatte viele solche Momente und weißt du warum? Elektronik ist ein hartes Hobby, eine Komponente versagt – alles versagt. Vergessen Sie nicht, es beim Testen in Abschnitte zu unterteilen, und bleiben Sie bei Design und Layout immer aufgeschlossen. Sei frei und kreativ und gib niemals auf!!! Wenn Ihnen mein Projekt gefallen hat, stimmen Sie mich bitte im Wettbewerb „Make it move“ab. Ich hoffe, es gefällt euch!