Thiết kế PCB cho Robot điều khiển bằng điện thoại di động: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Tôi đã thực hiện dự án này vào năm 2012 như một dự án nhỏ của mình. Dự án này được lấy cảm hứng từ sự cần thiết của một phương pháp để vô hiệu hóa các mối đe dọa mà không cần sự can thiệp trực tiếp của con người. Đó là thời điểm, đất nước của tôi bị ảnh hưởng nặng nề bởi bạo lực, điều này đã thúc đẩy tôi phát triển phương tiện robot đơn giản có thể vận hành bằng bất kỳ điện thoại di động nào. Robot được điều khiển thông qua tần số âm thanh DTMF cho phép nó có phạm vi hoạt động rộng hơn ngay cả trong mạng 2G. Trong hướng dẫn này, tôi sẽ tập trung nhiều hơn vào thiết kế PCB.

Quân nhu

Bộ giải mã M8870 DTMF

89C51Microcontroller

Trình điều khiển động cơ L293D

Động cơ DC

Khung xe rô bốt

Điện thoại di động

Nguồn cung cấp 5v được điều chỉnh

Bước 1: Cấu trúc cơ bản

Hãy kiểm tra cấu trúc cơ bản của robot.

Điện thoại di động được hiển thị ở đó được sử dụng để điều khiển robot. Chúng tôi thực hiện cuộc gọi đến thiết bị cầm tay được đặt bên trong rô bốt, rô bốt sau đó sẽ tự động chấp nhận cuộc gọi và sau đó chúng tôi phải nhấn từng phím để điều khiển chuyển động của rô bốt, được điều khiển với sự trợ giúp của vi điều khiển liên kết với nó. Robot có thể được đặt lại với sự trợ giúp của công tắc đặt lại bên ngoài. Mỗi công tắc được phân bổ cho mỗi hoạt động. Khi nhấn phím tương ứng với chuyển động của robot, bộ giải mã DTMF sẽ giải mã âm tạo ra ở đầu thu và gửi mã nhị phân đến vi điều khiển. Bộ vi điều khiển được lập trình theo cách mà khi các mã nhị phân tương ứng với chuyển động được phát hiện, vi điều khiển sẽ cung cấp đầu vào nhị phân tương ứng cho trình điều khiển động cơ. Trình điều khiển động cơ sẽ giải thích tín hiệu và sẽ cung cấp cho động cơ điện áp thích hợp từ đó chuyển nó và quay động cơ theo hướng tương ứng.

Bước 2: DTMF DECODER

M8870 là một Bộ thu DTMF đầy đủ tích hợp cả chức năng bộ giải mã và bộ lọc tách băng tần vào một gói DIP hoặc SOIC 18 chân duy nhất. Được sản xuất bằng công nghệ quy trình CMOS, M-8870 cung cấp mức tiêu thụ điện năng thấp (tối đa 35 mW) và xử lý dữ liệu chính xác. Phần bộ lọc của nó sử dụng công nghệ tụ điện chuyển mạch cho cả bộ lọc nhóm cao và thấp và để loại bỏ âm quay số. Bộ giải mã của nó sử dụng kỹ thuật đếm kỹ thuật số để phát hiện và giải mã tất cả 16 cặp âm DTMF thành mã 4 bit. Số lượng thành phần bên ngoài được giảm thiểu bằng cách cung cấp bộ khuếch đại đầu vào vi sai trên chip, bộ tạo xung nhịp và bus giao diện ba trạng thái được chốt. Yêu cầu các thành phần bên ngoài tối thiểu bao gồm một tinh thể nổ màu 3,579545 MHz chi phí thấp, một điện trở định thời và một tụ điện định thời. M-8870-02 cung cấp tùy chọn "tắt nguồn", khi được bật, giảm mức tiêu thụ xuống dưới 0,5 mW. M-8870-02 cũng có thể ngăn chặn việc giải mã các chữ số của cột thứ tư.

Các tính năng của M8870:

• Bộ thu DTMF hoàn chỉnh
• Tiêu thụ điện năng thấp (35mw)
• Bộ khuếch đại cài đặt khuếch đại bên trong
• Thời gian mua và phát hành có thể điều chỉnh
• Chất lượng văn phòng trung tâm
• Chế độ ngắt nguồn (5mw)
• Nguồn điện 5 Volt đơn
• Tắt âm quay số
• Chế độ ức chế

Kỹ thuật DTMF tạo ra một biểu diễn riêng biệt của 16 ký tự chữ và số phổ biến (0-9, A-D, *, #) trên điện thoại. Tần số thấp nhất được sử dụng là 697 Hz và tần số cao nhất được sử dụng là 1633Hz. Bàn phím DTMF được bố trí sao cho mỗi hàng sẽ có tần số âm riêng và mỗi cột sẽ có tần số âm riêng. Trên đây là đại diện của bàn phím DTMF điển hình và các tần số hàng / cột liên quan. Bằng cách nhấn phím, chẳng hạn, 5, sẽ tạo ra một âm kép bao gồm 770 Hz cho nhóm thấp và 1336 Hz cho nhóm cao.

Bước 3: BỘ LƯU TRUYỀN VI MÔ 89C51

Bộ vi điều khiển chúng tôi sử dụng ở đây là AT89C51. AT89C51 là một máy vi tính CMOS 8 bit công suất thấp, hiệu suất cao với 8K byte Flash bộ nhớ chỉ đọc có thể lập trình và xóa được (PEROM). Thiết bị được sản xuất bằng công nghệ bộ nhớ không bay hơi mật độ cao của Atmel và tương thích với sơ đồ chân và bộ lệnh 80C51 và 80C52 tiêu chuẩn công nghiệp. Nó là một đơn vị điều khiển có thể được lập trình theo yêu cầu. Trong dự án này, nó chấp nhận mã nhị phân tương ứng với âm phát hiện được nhận và mã nhị phân để điều khiển động cơ sẽ được gửi đến IC điều khiển.

Đặc trưng:

• Sản phẩm của ATMEL
• Tương tự với 8051
• Bộ vi điều khiển 8 bit
• Sử dụng bộ nhớ EPROM hoặc FLASH
• Nhiều thời gian có thể lập trình (MTP)

ATMEL89C51 có tổng cộng 40 chân dành riêng cho các chức năng khác nhau như I / O, RD, WR, địa chỉ và ngắt. Trong số 40 chân, có tổng cộng 32 chân được dành cho bốn cổng P0, P1, P2 và P3, trong đó mỗi cổng có 8 chân. Phần còn lại của các chân được chỉ định là Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA và PSEN. Tất cả các chân này ngoại trừ PSEN và ALE được sử dụng bởi tất cả các thành viên của họ 8051 và 8031.

Bước 4: LÁI XE L293D

Hai động cơ được điều khiển bằng cách sử dụng IC điều khiển động cơ L293D. L293D là vi mạch điều khiển động cơ hai chiều nửa cầu nửa cầu H có thể điều khiển dòng điện lên đến 600mA với dải điện áp từ 4,5 đến 36 volt. Nó phù hợp để điều khiển động cơ giảm tốc DC nhỏ, động cơ bước lưỡng cực, v.v.

Các tính năng của L293D:

• Khả năng hiện tại đầu ra 600ma trên mỗi kênh
• Dòng ra cao điểm 1,2A (không lặp lại) trên mỗi kênh
• Bật tính năng bảo vệ FacilityOver-quá nhiệt độ
• Điện áp đầu vào logic “0” lên đến 1,5 v (Miễn nhiễm tiếng ồn cao)
• Điốt kẹp bên trong

L293D là ổ nửa H dòng cao gấp bốn lần. L293D được thiết kế để cung cấp dòng điện truyền động hai chiều lên đến 600 mA ở điện áp từ 4,5V đến 36 V. tải điện áp cao trong các ứng dụng cung cấp tích cực. L293D bao gồm bốn đầu vào với bộ khuếch đại và mạch bảo vệ đầu ra. Các ổ được bật theo cặp, với ổ 1 & 2 được kích hoạt bởi 1, 2 EN và ổ 3 & 4 được kích hoạt bởi 3, 4 EN. Khi đầu vào kích hoạt cao, trình điều khiển liên quan được kích hoạt và đầu ra của chúng đang hoạt động và cùng pha với đầu vào của chúng.

Bước 5: Đơn vị cung cấp điện

Pin DC công suất thấp đi kèm với định mức điện áp thích hợp là 5V- 9V và dòng điện tối đa. 1000mA. Để có được điện áp một chiều được điều chỉnh, người ta đã sử dụng bộ điều chỉnh điện áp. IC điều chỉnh điện áp có sẵn với điện áp đầu ra cố định (thường là 5, 12 và 15V) hoặc thay đổi. Chúng cũng được đánh giá bởi dòng điện tối đa mà chúng có thể vượt qua. Bộ điều chỉnh điện áp âm có sẵn, chủ yếu để sử dụng cho nguồn cung cấp kép. Hầu hết các bộ điều chỉnh bao gồm một số bảo vệ tự động khỏi dòng điện quá mức ('bảo vệ quá tải') và quá nhiệt ('bảo vệ nhiệt'). Nhiều IC điều chỉnh điện áp cố định có 3 dây dẫn và trông giống như bóng bán dẫn nguồn, chẳng hạn như bộ điều chỉnh 7805 (+ 5V, 1A) được hiển thị ở bên phải. Chúng bao gồm một lỗ để gắn bộ tản nhiệt nếu cần thiết.

Bước 6: Lập trình

Phần mềm Keil uVision được sử dụng để phát triển chương trình cho 89C51 và Orcad Capture / Layout được sử dụng để thiết kế và chế tạo PCB tùy chỉnh của chúng tôi.

Tất cả các loại của dòng MT8870 đều sử dụng kỹ thuật đếm kỹ thuật số để phát hiện và giải mã tất cả 16 cặp âm DTMF thành đầu ra mã 4 bit. Mạch từ chối âm quay số tích hợp giúp loại bỏ nhu cầu lọc trước khi

tín hiệu đầu vào được đưa ra tại chân 2 (IN-) trong cấu hình đầu vào một đầu được công nhận là có hiệu quả, tín hiệu giải mã 4 bit chính xác của âm DTMF được chuyển qua Q1 (chân11) qua đầu ra Q 4 (chân 14) tới các chân đầu vào P1.0 (chân 1) đến P1.3 (chân 4) của cổng 1 của IC 89C51. AT89C51 là đơn vị điều khiển. Trong dự án này, nó chấp nhận mã nhị phân tương ứng với âm phát hiện được nhận và mã nhị phân để điều khiển động cơ sẽ được gửi đến IC điều khiển. Đầu ra từ các chân cổng P2.0 đến P2.3 của bộ vi điều khiển được đưa vào đầu vào IN1 đến IN4 của trình điều khiển động cơ L293D, tương ứng, để điều khiển hai động cơ DC có giảm tốc. Một công tắc đặt lại thủ công cũng được sử dụng. Đầu ra của bộ vi điều khiển không đủ để điều khiển động cơ DC, vì vậy cần có trình điều khiển hiện tại để quay động cơ. L293D bao gồm bốn trình điều khiển. Chân IN1 đến IN4 và out1 trong suốt 4 lần lượt là các chân đầu vào và đầu ra của trình điều khiển1 đến trình điều khiển4.

Bước 7: Chương trình

ORG 000H

BẮT ĐẦU:

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

KẾT THÚC

Bước 8: VẢI PCB

Việc tạo ra PCB được hoàn thành trong 4 bước:

1. Thiết kế bố cục thành phần

2. Thiết kế bố trí PCB

3. Khoan

4. Khắc PCB

Các thành phần PCB được thiết lập bằng phần mềm Orcad Capture và được nhập vào Orcad Layout để thiết kế các kết nối. Bố cục sau đó được nhân bản để in lên bảng đồng đã được làm sạch. Sau khi in (chúng tôi sử dụng máy in bột nhuộm để in bố cục lên giấy trắng và sử dụng hộp sắt để nung nóng và chuyển ấn tượng lên bề mặt bảng đồng. Phần đồng thừa được khắc ra bằng cách sử dụng dung dịch clorua sắt và Một lượng nhỏ axit clohydric đã được sử dụng làm chất xúc tác. Sau khi bo mạch được khắc đúng cách, các lỗ được khoan bằng máy khoan PCB cầm tay. trên đó IC đã được đặt.

Bước 9: Kiểm tra

Để rô bốt hoạt động như mong đợi, chúng tôi đã bật tính năng trả lời tự động trên điện thoại di động NokiaC1-02 mà chúng tôi sử dụng làm bộ thu trên rô bốt. Vì vậy, bất cứ khi nào ai đó gọi đến số đó, điện thoại di động sẽ tự động trả lời. Khi người gọi nhấn một công tắc âm thanh, thiết bị cầm tay của người nhận sẽ nhận và gửi đến bộ giải mã DTMF qua ngõ ra âm thanh. Bộ giải mã sẽ giải mã phím được nhấn và thông báo cho vi điều khiển 89C51. Sau đó, bộ vi điều khiển đưa ra các lệnh điều khiển thích hợp cho rô bốt thông qua các trình điều khiển động cơ.

Bước 10: Tham khảo

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