طراحی PCB برای ربات کنترل شده تلفن همراه: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:53

من این پروژه را در سال 2012 به عنوان پروژه جزئی خود انجام دادم. این پروژه از نیاز به روشی برای خنثی سازی تهدیدها بدون دخالت مستقیم انسانها الهام گرفته شده است. در آن زمان ، کشور من به شدت تحت تأثیر خشونت قرار گرفت و این امر انگیزه من را برای توسعه و ساخت یک وسیله نقلیه ربات ساده که می تواند توسط هر تلفن همراه اداره شود ، تشویق کرد. این ربات از طریق فرکانس های صوتی DTMF کنترل می شود که باعث می شود حتی در شبکه های 2G نیز پوشش عملیاتی وسیع تری داشته باشد. در این قسمت آموزشی ، بیشتر روی طراحی PCB تمرکز می کنم.

تدارکات

رمزگشای M8870 DTMF

89C51 میکروکنترلر

درایور موتور L293D

موتورهای DC

شاسی ماشین روبات

تلفن همراه

5v منبع تغذیه تنظیم شده

مرحله 1: ساختار اساسی

بیایید ساختار اصلی ربات را بررسی کنیم.

تلفن همراه که در آنجا نشان داده شده است برای کنترل ربات استفاده می شود. ما با گوشی که در داخل ربات قرار دارد تماس می گیریم ، سپس ربات به طور خودکار تماس را می پذیرد و سپس ما باید هر کلید را برای کنترل حرکت ربات فشار دهیم ، که با کمک میکروکنترلر مرتبط با آن کنترل می شود. با استفاده از سوئیچ تنظیم مجدد خارجی می توان ربات را تنظیم مجدد کرد. هر سوئیچ برای هر عملیات اختصاص داده شده است. وقتی کلید مربوط به حرکت روبات فشار داده شود ، رمزگشای DTMF صدای ایجاد شده در گیرنده را رمزگشایی می کند و کد باینری را به میکروکنترلر ارسال می کند. میکروکنترلر به گونه ای برنامه ریزی شده است که وقتی کدهای دوتایی مربوط به حرکت تشخیص داده شوند ، میکروکنترلر ورودی باینری مربوطه را به درایور موتور می دهد. راننده موتور سیگنال را تفسیر می کند و ولتاژهای مناسب را به موتور می دهد و در نتیجه آن را روشن می کند و موتور را در جهت مربوطه می چرخاند.

مرحله 2: رمزگشایی DTMF

M8870 یک گیرنده کامل DTMF است که هر دو فیلتر تقسیم باند و عملکردهای رمزگشایی را در یک بسته 18 پین DIP یا SOIC ادغام می کند. M-8870 که با استفاده از فناوری فرآیند CMOS تولید شده است ، مصرف انرژی کم (حداکثر 35 میلی وات) و مدیریت دقیق داده ها را ارائه می دهد. قسمت فیلتر آن از فناوری خازن سوئیچ شده برای فیلترهای گروه بالا و پایین و رد صدای شماره گیر استفاده می کند. رمزگشای آن از تکنیک های شمارش دیجیتال برای تشخیص و رمزگشایی همه 16 جفت تن DTMF به یک کد 4 بیتی استفاده می کند. تعداد اجزای خارجی با ارائه تقویت کننده ورودی دیفرانسیل روی تراشه ، ژنراتور ساعت و گذرگاه رابط سه حالته قفل شده به حداقل می رسد. حداقل اجزای خارجی مورد نیاز شامل کریستال ترکیبی کم هزینه 3.579545 مگاهرتز ، مقاومت زمان بندی و خازن زمان بندی است. M-8870-02 گزینه "power-down" را ارائه می دهد که در صورت فعال شدن ، مصرف را به کمتر از 0.5 میلی وات کاهش می دهد. M-8870-02 همچنین می تواند رمزگشایی ارقام ستون چهارم را مهار کند.

ویژگی های M8870:

• گیرنده کامل DTMF
• مصرف برق کم (35 میلی وات)
• تقویت کننده تنظیم داخلی افزایش
• زمان های خرید و انتشار قابل تنظیم است
• کیفیت دفتر مرکزی
• حالت خاموش (5 مگاوات)
• منبع تغذیه تک ولتاژ 5 ولت
• سرکوب لحن شماره گیری
• حالت مهار

تکنیک DTMF نمایش متمایزی از 16 کاراکتر رایج الفبایی (0-9 ، A-D ، *، #) در تلفن را نشان می دهد. کمترین فرکانس مورد استفاده 697 هرتز و بیشترین فرکانس مورد استفاده 1633 هرتز است. صفحه کلید DTMF به گونه ای تنظیم شده است که هر سطر فرکانس تن منحصر به فرد خود را دارد و همچنین هر ستون فرکانس تن منحصر به فرد خود را دارد. در بالا نمایشی از صفحه کلید معمولی DTMF و فرکانس های ردیف/ستون مربوطه است. با فشار دادن یک کلید ، به عنوان مثال ، 5 ، دو رنگ ایجاد می شود که شامل 770 هرتز برای گروه پایین و 1336 هرتز برای گروه بالا است.

مرحله 3: MICROCONTROLLER 89C51

میکروکنترلر مورد استفاده ما در اینجا AT89C51 است. AT89C51 یک میکرو رایانه CMOS 8 بیتی کم مصرف و با کارایی بالا با 8K بایت حافظه قابل برنامه ریزی و قابل خواندن (PEROM) 8K بایت است. این دستگاه با استفاده از فناوری حافظه غیر فرار با چگالی بالا Atmel ساخته شده است و با مجموعه دستورالعمل های استاندارد 80C51 و 80C52 و pinout سازگار است. این یک واحد کنترل است که می تواند بر اساس الزامات برنامه ریزی شود. در این پروژه ، می پذیرد که کد دوتایی مربوط به صدای تشخیص داده شده دریافت می شود و کد دودویی برای حرکت موتورها به IC راننده ارسال می شود.

امکانات:

• محصول ATMEL
• مشابه 8051
• میکروکنترلر 8 بیتی
• از حافظه EPROM یا FLASH استفاده می کند
• برنامه ریزی چند زمانه (MTP)

ATMEL89C51 در مجموع دارای 40 پین است که به عملکردهای مختلف مانند I/O ، RD ، WR ، آدرس و وقفه اختصاص داده شده است. از 40 پین ، در مجموع 32 پین برای چهار پورت P0 ، P1 ، P2 و P3 کنار گذاشته شده است ، که در هر پورت 8 پین گرفته می شود. بقیه پین ها به عنوان Vcc ، GND ، XTAL1 ، XTAL ، RST ، EA و PSEN تعیین شده اند. همه این پین ها به جز PSEN و ALE توسط همه اعضای خانواده های 8051 و 8031 استفاده می شود.

مرحله 4: L293D MOTOR DRIVER

دو موتور با استفاده از IC درایور موتور L293D هدایت می شوند. L293D یک آی سی درایور موتور دو طرفه چهار پل نیمه H H چهار پل است که می تواند جریان را تا 600mA با محدوده ولتاژ 4.5 تا 36 ولت هدایت کند. برای رانندگی موتورهای کوچک DC-Geared ، موتور پله ای دوقطبی و غیره مناسب است.

ویژگی های L293D:

• قابلیت خروجی 600ma در هر کانال
• حداکثر جریان خروجی 1.2A (غیر تکراری) در هر کانال
• حفاظت FacilityOver-temperature را فعال کنید
• ولتاژ ورودی منطقی "0" تا 1.5 ولت (ایمنی بالا سر و صدا)
• دیودهای گیره داخلی

L293D درایوهای نیمه جریان H چهارگانه چهارگانه با شدت بالا هستند. L293D برای ارائه جریان محرک دو طرفه تا 600 میلی آمپر در ولتاژهای 4.5 ولت تا 36 ولت طراحی شده است. هر دو درایو برای هدایت بار القایی مانند رله ، شیر برقی ، DC و موتور پله ای دوقطبی و همچنین جریان زیاد طراحی شده اند. بارهای ولتاژ بالا در برنامه های تأمین مثبت L293D شامل چهار ورودی با تقویت کننده و مدارهای حفاظتی خروجی است. درایوها به صورت جفت فعال هستند ، درایوهای 1 و 2 با 1 ، 2 EN و درایوهای 3 و 4 با 3 ، 4 EN فعال شده اند. هنگامی که یک ورودی فعال زیاد است ، درایور مربوطه فعال می شود و خروجی های آنها فعال و در مرحله با ورودی های آنها است.

مرحله 5: واحد منبع تغذیه

باتریهای DC کم کارکرد دارای ولتاژ مناسب 5V-9V و حداکثر جریان هستند. 1000 میلی آمپر برای به دست آوردن ولتاژ DC تنظیم شده ، از تنظیم کننده های ولتاژ استفاده شد. IC های تنظیم کننده ولتاژ با ولتاژهای خروجی ثابت (معمولاً 5 ، 12 و 15 ولت) یا متغیر در دسترس هستند. آنها همچنین با حداکثر جریانی که می توانند عبور دهند رتبه بندی می شوند. تنظیم کننده های منفی ولتاژ در دسترس هستند ، عمدتا برای استفاده در منابع دوگانه. اکثر تنظیم کننده ها شامل برخی از محافظت خودکار در برابر جریان بیش از حد ('حفاظت از اضافه بار') و گرمای بیش از حد ('حفاظت حرارتی') می شوند. بسیاری از IC های تنظیم کننده ولتاژ ثابت دارای 3 سیم هستند و شبیه ترانزیستورهای قدرت هستند ، مانند تنظیم کننده 7805 (+5V، 1A) که در سمت راست نشان داده شده است. آنها شامل سوراخی برای اتصال هیت سینک در صورت لزوم هستند.

مرحله ششم: برنامه نویسی

نرم افزار Keil uVision برای توسعه برنامه 89C51 و Orcad Capture / Layout برای طراحی و ساخت PCB سفارشی ما استفاده شد.

همه انواع سری MT8870 از تکنیک های شمارش دیجیتال برای تشخیص و رمزگشایی همه 16 جفت تن DTMF به یک خروجی کد 4 بیتی استفاده می کنند. مدار رد صدای داخلی شماره گیری ، نیازی به پیش فیلتر کردن هنگام

سیگنال ورودی در پین 2 (IN-) در پیکربندی ورودی تک انتهایی داده شده است که م effectiveثر تشخیص داده می شود ، سیگنال رمزگشایی صحیح 4 بیتی لحن DTMF از طریق خروجی Q1 (pin11) تا Q4 (پین 14) به خروجی منتقل می شود. پین های ورودی P1.0 (پین 1) تا P1.3 (پین 4) پورت 1 از IC IC 89C51. AT89C51 واحد کنترل است. در این پروژه ، می پذیرد که کد دوتایی مربوط به صدای تشخیص داده شده دریافت می شود و کد باینری برای حرکت موتورها به IC راننده ارسال می شود. خروجی پین های پورت P2.0 تا P2.3 میکروکنترلر به ترتیب به ورودی IN1 تا IN4 درایور موتور L293D تغذیه می شود تا دو موتور DC با گیربکس هدایت شوند. سوئیچ تنظیم مجدد دستی نیز استفاده می شود. خروجی میکروکنترلر برای حرکت موتورهای DC کافی نیست ، بنابراین درایورهای فعلی برای چرخش موتور مورد نیاز است. L293D شامل چهار درایور است. پین IN1 تا IN4 و out1 در کل 4 به ترتیب پین های ورودی و خروجی Driver1 تا Driver4 هستند.

مرحله 7: برنامه

ORG 000H

شروع:

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

پایان

مرحله 8: ساخت PCB

ساخت PCB در 4 مرحله به پایان رسید:

1. طراحی چیدمان کامپوننت

2. طراحی طرح PCB

3. حفاری

4. حکاکی PCB

اجزای PCB با استفاده از نرم افزار Orcad Capture راه اندازی شد و برای طراحی اتصالات به Orcad Layout وارد شد. سپس طرح برای چاپ روی تخته مسی تمیز آینه شد. پس از چاپ (ما از چاپگر بر اساس رنگ پودری برای چاپ طرح روی کاغذ سفید استفاده کردیم و از یک جعبه آهنی برای گرم کردن و انتقال اثر به سطح تخته مسی استفاده کردیم. مس اضافی با استفاده از محلول کلرید آهن و مقدار کمی اسید کلریدریک به عنوان کاتالیزور مورد استفاده قرار گرفت. پس از صافکاری تخته ، سوراخ ها با استفاده از یک دستگاه حفاری PCB دستی حفاری شدند. اجزاء خریداری شده و با دقت روی تخته لحیم شد. در مورد IC ها ، ابتدا مخازن لحیم شدند که IC ها روی آن قرار گرفته اند

مرحله 9: آزمایش

برای اینکه روبات همانطور که انتظار می رفت کار کند ، ما پاسخ خودکار را در تلفن همراه NokiaC1-02 که از آن به عنوان گیرنده روی ربات استفاده می کردیم فعال کردیم. بنابراین هر زمان که کسی با آن شماره تماس می گیرد ، تلفن همراه به طور خودکار پاسخ می دهد. هنگامی که تماس گیرنده یک کلید صدا را فشار می دهد ، گوشی گیرنده آن را دریافت کرده و از طریق خروجی صدا به رمزگشای DTMF ارسال می کند. رمزگشایی کلید فشرده شده را رمزگشایی می کند و میکروکنترلر 89C51 را مطلع می کند. سپس میکروکنترلر دستورات کنترل مناسب را از طریق درایورهای موتور به روبات می دهد.

مرحله دهم: منابع

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