Lunokhod ze sterowaniem mikrokontrolerem

Bezpłatna biblioteka techniczna

ENCYKLOPEDIA RADIOELEKTRONIKI I INŻYNIERII ELEKTRYCZNEJ
Darmowa biblioteka / Schematy urządzeń radioelektronicznych i elektrycznych

Lunochod ze sterowaniem mikrokontrolerem. Encyklopedia elektroniki radiowej i elektrotechniki

Bezpłatna biblioteka techniczna

Encyklopedia radioelektroniki i elektrotechniki / Mikrokontrolery

Komentarze do artykułu

Opisywane urządzenie zostało opracowane w celu zademonstrowania możliwości systemów programowych i sprzętowych do sterowania poruszającymi się obiektami. Obiektem był zabawkowy „łazik księżycowy” dla dzieci z przewodowym pilotem, napędzany dwoma silnikami elektrycznymi prądu stałego i pozwalający na sterowanie każdym z nich z osobna. Po włączeniu zasilania model zaczyna poruszać się do przodu. Jednocześnie włącza się zamontowany w nim nadajnik i odbiornik impulsowego promieniowania IR. Ruch trwa do momentu, gdy intensywność odbitego sygnału IR przekroczy ustawiony próg, co wskazuje na obecność przeszkody na drodze. Gdy to nastąpi, model obraca się, aż odbity sygnał spadnie poniżej tego progu, po czym kontynuuje ruch do przodu i tak dalej.

Schemat ideowy kompleksu sprzętowo-programowego do sterowania modelem „Lunokhod” pokazano na rysunku. Bazuje na ekonomicznym ośmiobitowym mikrokontrolerze CMOS (MC) AT90S2313 (DD1) zbudowanym w oparciu o zaawansowaną architekturę AVR RISC. Częstotliwość zegara jest ustawiana przez rezonator kwarcowy ZQ1 na częstotliwości 5 MHz (może to być dowolna inna, do 10 MHz). Obwód rezystora R13 i kondensatora C12 służy do resetowania MK w momencie włączenia zasilania. Złącze X1 służy do szybkiego podłączania i odłączania MK i reszty urządzenia, a także do podłączenia MK do komputera w celu aktualizacji programu lub diagnozy pracy.

(kliknij, aby powiększyć)

Oprócz mikrokontrolera urządzenie zawiera impulsowy nadajnik promieniowania podczerwonego (VT4, VD2), odbiornik promieniowania odbitego od przeszkody, składający się z fotodiody VD1, dwustopniowego wzmacniacza (VT1, VT2) oraz detektora synchronicznego (VT3) i cztery przełączniki elektroniczne (1VT1 - 1VT3, ..., 4VT1 - 4VT3). Urządzenie zasilane jest baterią składającą się z czterech akumulatorów Ni-Cd w rozmiarze C o pojemności 1500 mAh, montowanych w przewidzianym w modelu schowku. Napięcie zasilania mikrokontrolera i odbiornika podczerwieni jest utrzymywane przez niezmieniony mikroukładowy regulator napięcia DA1.

Podczas pracy impulsy o częstotliwości powtarzania około 0 Hz są odbierane z wyjścia portu PD4 do podstawy tranzystora VT1220. W efekcie cyklicznie się otwiera, a zawarta w jego obwodzie kolektora dioda świetlna VD2 wytwarza promieniowanie podczerwone pulsujące z określoną częstotliwością w kierunku ruchu modelu. Rezystor R7 ogranicza prąd płynący przez złącze emiterowe tranzystora i zabezpiecza wyjście portu MK przed uszkodzeniem podczas przebicia tego złącza. Maksymalny prąd przepływający przez diodę LED jest ograniczony przez rezystor R9.

Promieniowanie IR odbite od przeszkody jest odbierane przez fotodiodę VD1, połączoną równolegle z rezystorem R2, przez który realizowane jest sprzężenie zwrotne prądu stałego, obejmujące dwustopniowy wzmacniacz na tranzystorach VT1, VT2. Impulsy napięcia z kolektora tranzystora VT2 są podawane do synchronicznego detektora wykonanego na tranzystorze polowym VT3. Jego zastosowanie wynika z faktu, że podczas pracy lokalizatora rezystor R3 wytwarza nie tylko oscylacje o częstotliwości około 1220 Hz, ale także tętnienia o częstotliwości 100 Hz pochodzące od lamp żarowych, a także przypadkowe zakłócenia zarówno w widzialne i podczerwone zakresy widma. Poziom tych zakłóceń jest często współmierny do poziomu promieniowania podczerwonego odbitego od przeszkody, a jeśli nie zostaną podjęte specjalne środki, może to doprowadzić do wykrycia fałszywej przeszkody. Aby zapobiec takim błędom, zastosowano detektor synchroniczny. Jego wejście (bramka tranzystora VT3) jest podłączone do tego samego portu (DO) co wejście nadajnika, dlatego synchronicznie z błyskami diody VD2 otwiera się tranzystor VT3, który łączy wyjście wzmacniacza na Tranzystory VT1, VT2 do jednego z wejść komparatora MK (PB0 / AIN0 ). Przykładowe napięcie na jego drugim wejściu jest ustawiane przez dostrojony rezystor R12, dostosowując tym samym czułość urządzenia do odbitego sygnału.

Działanie silników elektrycznych modelu MK jest sterowane za pomocą kluczy elektronicznych S1 - S4. Rozważmy pracę jednego z nich, na przykład pierwszego (reszta zachowuje się podobnie). Gdy napięcie wejściowe jest mniejsze niż 0,6 V (log. 0), tranzystory 1VT1 i 1VT3 są zamknięte, a 1VT2 jest otwarty, więc napięcie na wyjściu i wyjściu podłączonego do niego silnika M1 jest zbliżone do napięcia akumulator zasilający GB1. Złożenie do wejścia dziennika poziomu klucza. 1 powoduje otwarcie tranzystora 1VT1, dzięki czemu 1VT2 zamyka się, a 1VT3 otwiera się, a napięcie wyjściowe zbliża się do 0. Rezystor 1R1 ogranicza prąd pobierany przez klucz z wyjścia MK do około 3 mA, czyli znacznie mniej niż dopuszczalne prąd wyjściowy (20 mA na poziomie logicznym 0 i 10 mA na poziomie logicznym 1). Rezystancja rezystora 1R2 jest dobrana w taki sposób, aby z jednej strony zapewnić wystarczający prąd wyjściowy klucza, gdy 1VT2 jest otwarty, az drugiej strony, aby prąd płynący przez otwarty tranzystor 1VT1 nie był za duży.

Ponieważ zastosowane w modelu silniki elektryczne pobierają bardzo duży prąd (około 600 mA) i wytwarzają intensywny szum impulsowy, musiały zostać zastąpione bardziej ekonomicznymi i mniej zakłócającymi silnikami DPB-902. Istnieje możliwość zastosowania innych silników kolektorowych z magnetofonów i radiomagnetofonów.

Do zarządzania kluczami elektronicznymi używane są cztery cyfry wyższego rzędu portu B: РВ7, РВ6, РВ5 i РВ4. Pracą nadajnika IR steruje najmniej znaczący bit portu D - PD0, dwa najmniej znaczące bity portu B (PB0 i PB1) są konfigurowane i wykorzystywane odpowiednio jako wejścia bezpośrednie i odwrotne komparatora analogowego.

Jak widać na schemacie, aby włączyć np. silnik elektryczny M1, należy otworzyć jeden z klawiszy S1, S2 i zamknąć drugi. Jeśli otworzysz lub zamkniesz oba klucze, napięcia na ich wyjściach będą takie same, a więc napięcie na silniku elektrycznym będzie równe 0. Jeśli otworzysz klucz S1 i zamkniesz S2, lewe (zgodnie ze schematem) wyjście silnik zostanie podłączony do plusa akumulatora,

a prawy - ze swoim minusem i zacznie się obracać w jednym kierunku. Jeśli przeciwnie, otwórz S2 i zamknij S1, polaryzacja podłączenia silnika zostanie odwrócona i zacznie się obracać w przeciwnym kierunku. Włączenie oprogramowania odbywa się poprzez wpisanie do portu B stałych wskazanych w tabeli. 1.

Lunokhod ze sterowaniem mikrokontrolerem

Sterowanie programowe nadajnika promieniowania IR odbywa się poprzez wpisanie określonej liczby do portu D MK. Jeśli najmniej znaczący bit tej liczby to 0, dioda VD2 jest wyłączona, a jeśli wynosi 1, świeci. Sekwencyjna zmiana wartości tego bitu prowadzi do wystąpienia pulsującego poziomu oświetlenia w części IR widma przed modelem. Poziom odbitego promieniowania jest ustalany przez fotoczujnik, a wraz ze wzrostem tego poziomu przyjmuje się założenie o obecności przeszkody z przodu.

Osobliwością programu jest to, że algorytm sterowania jest umieszczony w module obsługi timera MK. Wynika to z faktu, że konieczne jest przełączanie emitującej diody LED z określoną stałą częstotliwością, a dla uproszczenia programu umieszczony jest tam algorytm sterowania. Po podaniu sygnału resetu w momencie włączenia zasilania, MK rozpoczyna wykonywanie programu od znaku Start. W tej części programu przeprowadzana jest wstępna inicjalizacja stosu, rejestrów, portów I/O B i D, komparatora analogowego, ośmiobitowego timera, częstotliwość powtarzania impulsów dla timera jest ustawiona na CK/8 (CK - częstotliwość zegara równą 5 MHz) oraz przepełnienie timera obsługi przerwań.

Ponieważ licznik czasu przepełnia się za każdym razem po 256 (28) impulsach, procedura obsługi przerwania jest wywoływana 2441 razy na sekundę. W rezultacie emitująca dioda LED przełącza się z częstotliwością około 1221 Hz. Analiza odebranego sygnału odbitego jest wykonywana raz na 20 cykli czasowych, czyli z częstotliwością 122 Hz.

Algorytm sterowania działa w następujący sposób. Rejestr r24 jest używany jako licznik z zakresem wartości od 0 do 240. Przy każdym sprawdzeniu, jeśli jest przeszkoda i wartość licznika jest mniejsza niż 240, jest ona zwiększana o 1, a jeśli nie ma przeszkody, jest zmniejszany o tę samą wartość, aż osiągnie 0. Ponadto, przy wartościach licznika od 0 do 16, polecenie poruszania się do przodu, od 17 do 31 - zatrzymania, a od 32 do 240 - zawracania. Taki algorytm pozwala uniknąć fałszywych alarmów i zwiększa prawdopodobieństwo całkowitego ominięcia przeszkody (model obraca się przez jakiś czas nawet po jej zniknięciu).

W rejestrze r27 zorganizowany jest licznik obrotów, zgodnie z którym wykonywany jest co drugi obrót w kierunku przeciwnym do poprzedniego, aw rejestrze r18 - licznik algorytmu sterowania silnikiem. Przy każdym wywołaniu przerwania sekwencyjnie przyjmuje wartości od 0 do 3. Przy O prawy silnik jest wyłączony, a przy 2 lewy silnik. W ten sposób zmniejsza się prąd pobierany z akumulatora, zwiększając w ten sposób żywotność akumulatora modelu od jednego ładowania akumulatora do drugiego.

Kody programu w postaci pliku szesnastkowego podano w tabeli. 2.

Pełny tekst programu w języku asemblerowym

(kliknij, aby powiększyć)

Konfiguracja urządzenia jest łatwa. Najpierw wyłączając mikrokontroler poprzez odłączenie części złącza X1, zainstaluj baterię na miejscu i zamykając styki przełącznika Q1 zmierz napięcie na wyjściu stabilizatora DA1. Następnie, podłączając oscyloskop do drenu tranzystora VT3 i oświetlając fotodiodę jakimś źródłem promieniowania podczerwonego (na przykład pilotem do telewizora lub magnetowidu), upewniają się, że fotodetektor działa.

Pozostałe węzły, przy użyciu części serwisowalnych i braku błędów w instalacji, nie wymagają regulacji. Na koniec MK jest podłączony (przy wyłączonym zasilaniu) i sprawdzana jest funkcjonalność urządzenia jako całości. Czułość fotodetektora, jeśli to konieczne, wyreguluj rezystor strojenia R12.

Autor: P. Chechet, Wasilewicze, obwód homelski, Białoruś

Zobacz inne artykuły Sekcja Mikrokontrolery.

Czytaj i pisz przydatne komentarze do tego artykułu.

<< Wstecz

Najnowsze wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika:

Hałas drogowy opóźnia rozwój piskląt 06.05.2024

Dźwięki, które otaczają nas we współczesnych miastach, stają się coraz bardziej przeszywające. Jednak niewiele osób myśli o tym, jak ten hałas wpływa na świat zwierząt, zwłaszcza na tak delikatne stworzenia, jak pisklęta, które nie wykluły się jeszcze z jaj. Najnowsze badania rzucają światło na tę kwestię, wskazując na poważne konsekwencje dla ich rozwoju i przetrwania. Naukowcy odkryli, że narażenie piskląt zebry rombowatej na hałas uliczny może spowodować poważne zakłócenia w ich rozwoju. Eksperymenty wykazały, że zanieczyszczenie hałasem może znacznie opóźnić wykluwanie się piskląt, a pisklęta, które się wykluwają, borykają się z szeregiem problemów zdrowotnych. Naukowcy odkryli również, że negatywne skutki zanieczyszczenia hałasem rozciągają się na dorosłe ptaki. Zmniejszone szanse na rozrodczość i zmniejszona płodność wskazują na długoterminowe skutki, jakie hałas drogowy wywiera na dziką przyrodę. Wyniki badania podkreślają taką potrzebę ... >>

Bezprzewodowy głośnik Samsung Music Frame HW-LS60D 06.05.2024

W świecie nowoczesnych technologii audio producenci dążą nie tylko do nienagannej jakości dźwięku, ale także do łączenia funkcjonalności z estetyką. Jednym z najnowszych innowacyjnych kroków w tym kierunku jest nowy bezprzewodowy system głośników Samsung Music Frame HW-LS60D, zaprezentowany podczas wydarzenia World of Samsung 2024. Samsung HW-LS60D to coś więcej niż tylko system głośników, to sztuka dźwięku w stylu ramki. Połączenie 6-głośnikowego systemu z obsługą Dolby Atmos i stylowej konstrukcji ramki na zdjęcia sprawia, że produkt ten będzie idealnym dodatkiem do każdego wnętrza. Nowa ramka Samsung Music Frame jest wyposażona w zaawansowane technologie, w tym Adaptive Audio zapewniający wyraźne dialogi na każdym poziomie głośności oraz automatyczną optymalizację pomieszczenia w celu uzyskania bogatej reprodukcji dźwięku. Dzięki obsłudze połączeń Spotify, Tidal Hi-Fi i Bluetooth 5.2, a także integracji inteligentnego asystenta, ten głośnik jest gotowy, aby zaspokoić Twoje ... >>

Nowy sposób kontrolowania i manipulowania sygnałami optycznymi 05.05.2024

Współczesny świat nauki i technologii rozwija się dynamicznie i każdego dnia pojawiają się nowe metody i technologie, które otwierają przed nami nowe perspektywy w różnych dziedzinach. Jedną z takich innowacji jest opracowanie przez niemieckich naukowców nowego sposobu sterowania sygnałami optycznymi, co może doprowadzić do znacznego postępu w dziedzinie fotoniki. Niedawne badania pozwoliły niemieckim naukowcom stworzyć przestrajalną płytkę falową wewnątrz falowodu ze stopionej krzemionki. Metoda ta, bazująca na zastosowaniu warstwy ciekłokrystalicznej, pozwala na efektywną zmianę polaryzacji światła przechodzącego przez falowód. Ten przełom technologiczny otwiera nowe perspektywy rozwoju kompaktowych i wydajnych urządzeń fotonicznych zdolnych do przetwarzania dużych ilości danych. Elektrooptyczna kontrola polaryzacji zapewniona dzięki nowej metodzie może stanowić podstawę dla nowej klasy zintegrowanych urządzeń fotonicznych. Otwiera to ogromne możliwości dla ... >>

Przypadkowe wiadomości z Archiwum

Nowa rodzina mikrokontrolerów USB na M8 11.02.2005

CYPRESS wprowadza nową rodzinę mikrokontrolerów USB opartych na popularnej architekturze M8 do zastosowań wykorzystujących urządzenia do kontaktu z człowiekiem (klawiatury, myszy).

Rodzina obejmuje mikrokontrolery CY7C639xx, CY7C638xx i CY7C633xx.

Inne ciekawe wiadomości:

▪ Cypress CYFB0072 4,8 Gb/s układ bufora wideo

▪ Eleganckie koszulki polo Ralpha Laurena

▪ Opłata za przejazd przez telefon

▪ Mobilny router Wi-Fi 5G Huawei

▪ Uniwersalny czytnik kart

Wiadomości o nauce i technologii, nowa elektronika

Ciekawe materiały z bezpłatnej biblioteki technicznej:

▪ sekcja serwisu Zasilacze. Wybór artykułu

▪ artykuł Historia powstania obrony cywilnej, jej cel i główne zadania ochrony ludności. Podstawy bezpiecznego życia

▪ artykuł Ile krokusów trzeba zebrać, żeby otrzymać kilogram szafranu? Szczegółowa odpowiedź

▪ artykuł Operator oczyszczalni. Standardowe instrukcje dotyczące ochrony pracy