Мікроконтролер керує всюдиходом

Безкоштовна технічна бібліотека

ЕНЦИКЛОПЕДІЯ РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ ТА ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ
Безкоштовна бібліотека / Схеми радіоелектронних та електротехнічних пристроїв

Мікроконтролер керує всюдиходом. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери

Коментарі до статті

Широкі функціональні можливості, відносна простота програмування та невисока вартість зробили однокристальні мікроконтролери привабливими для радіоаматорської творчості. Пропонований пристрій було розроблено як наочний посібник для радіотехнічного гуртка, щоб полегшити юним радіоаматорам вивчення мікроконтролерів і зробити це наочним, живим і цікавим.

Основою виробу стала велика електромеханічна іграшка - гусеничний космічний всюдихід, який рухається двома електродвигунами. Керує його роботою доступний вітчизняний мікроконтролер КР1878ВЕ1. Програма передбачає низку послідовних дій, що забезпечують автоматичне наведення машини на джерело світла та зближення з ним. Усі дії супроводжуються відповідними голосовими повідомленнями, записаними на згадку вже знайомих читачам спеціалізованих мікросхем Chipcorder компанії Win bond Electronics.

Працює описаний нижче пристрій таким чином. Після включення живлення двічі блимає контрольний світлодіод, сигналізуючи про нормальну роботу мікроконтролера. Потім протягом 20 секунд машина розповідає, для чого і ким вона створена, а також про те, що керує нею однокристальний мікроконтролер КР1878ВЕ1. Далі вона повідомляє про своє завдання - знайти джерело світла і зблизитись з ним, після чого визначає рівень освітленості в напрямку перед собою, виконує поворот праворуч приблизно на 10 °, ще раз вимірює освітленість. Якщо після повороту вправо вона стала менше, слід поворот ліворуч на ті ж 10 °, якщо ж збільшилася, то робиться ще один поворот вправо, знову вимірюється освітленість і т. д. Іншими словами, машина повертається у бік зростання освітленості доти, доки він не припиниться (при цьому трохи проскакуючи напрямок на максимум освітленості), потім робить один поворот у зворотний бік.

В результаті визначається напрямок на перший знайдений максимум освітленості. Після цього машина починає зближення з метою – рухається у її бік протягом певного часу. Далі ця послідовність дій виконується задане число разів. Усі дії коментуються голосовими повідомленнями. Після виконання останнього кроку програми машина повідомляє, що програма виконана. (Поворот машини на 10° визначається часом роботи відповідного електродвигуна та швидкістю руху гусениці електромеханічної іграшки, яку використовував автор).

Принципова схема керуючої частини пристрою зображено на рис. 1. Її основа – мікроконтролер DD1 КР1878ВЕ1 [1-3]. Схема включення – типова. Тактову частоту визначає кварцовий резонатор ZG1. Світлодіод HL1 служить для індикації того, що мікроконтролер нормально запустився і програма працює.

(Натисніть для збільшення)

Джерелом сигналу є фотодіод VD2. За допомогою ОУ DA2.1 його фотострум перетворюється на напругу. Резистор R13 та конденсатор С9 утворюють фільтр нижніх частот. Повторювач на ОП DA2.2 забезпечує його узгодження з входом АЦП DA4. Зразкова напруга створюється за допомогою інтегрального стабілітрона DA6 і струмообмежувального резистора R34. Резистор R12 підбирають для конкретного екземпляра фотодіода VD2 таким чином, щоб при освітленості, близької до максимальної, напруга на вході АЦП не перевищувала зразкового, що дорівнює 2,5 Ст.

У пристрої застосований 10-разовий рядний АЦП TLC1549CP з послідовним інтерфейсом. Це дозволяє мікроконтролеру керувати АЦП і отримувати від нього дані, використовуючи лише три лінії передачі сигналів. Тимчасова діаграма роботи АЦП показана на рис. 2. Після подачі сигналу CS на вихід даних DATA з'являється старший розряд результату попереднього перетворення. Щоб отримати наступний розряд, необхідно подати імпульс на вхід I/O CLOCK АЦП. По його спаду на виході DATA з'являється наступний розряд і т. д. Одночасно по спаду третього імпульсу на вході I/O CLOCK починається вибірка вхідного аналогового сигналу входу IN АЦП. Після спаду десятого імпульсу на вході I/O CLOCK закінчується видача результату попереднього перетворення і починається нове перетворення. На вхід CS треба подати найвищий рівень. Через 21 мкс або більше можна подавати сигнал CS та зчитувати результат перетворення. Загальний алгоритм такий: спочатку "виштовхнути" з АЦП непотрібні 10 біт попереднього перетворення, потім почекати не менше 21 мкс, після чого рахувати результат поточного перетворення.

Напруга живлення електродвигунів М1 та М2 подається через ключі, виконані на транзисторах VT1 та VT2. При появі на виходах мікроконтролера РА2 та РАЗ напруги високого рівня транзистори VT1 та VT2 відкриваються і електродвигуни починають працювати обертаючи гусениці. У такому варіанті виріб може рухатися вперед і повертатися пригальмовуванням однієї з гусениць. Якщо ж необхідно забезпечити рух заднім ходом або поворот протиповертання гусениць, то транзисторів має бути вісім і додатково необхідна мікросхема-перекодувальник з трьох ліній (у цьому випадку використовується порт РА4) на вісім ключів. Такий комутатор був зібраний і випробуваний автором, проте на практиці виявилося, що без заднього ходу можна обійтися, а пристрій керування електродвигунами при цьому спрощується.

Інші вузли пристрою призначені для озвучування виробу, і їх виняток ніяк не позначиться на роботі частини, що управляє. Мікросхеми DA3 і DA5 серії ISD1400 [4-6] відрізняються від описаної в [7] серії ISD4004 меншою тривалістю запису (20 с) і більш простим інтерфейсом, що не вимагає мікропроцесорного керування. Включення мікросхем DA3 та DA5 відповідає описаному в документації щодо їх використання. При налагодженні в першу записують всі короткі голосові повідомлення, а в другу - одне довге.

Зсувний регістр DD2 служить накопичення у ньому восьмиразрядного адреси, з якого починається запис потрібної фрази. Перед початком пошуку джерела світла через вихід РВ2 мікроконтролер подає DA5 сигнал початку відтворення, і вона відтворює єдине довге повідомлення. Під час процесу наведення та зближення з метою мікроконтролер видає через DD2 на адресні входи DA3 адресу початку потрібної фрази, після чого через вихід РВЗ подається сигнал початку відтворення фрази. Повідомлення посилюються підсилювачем потужності, виконаним на мікросхемі DA1. Гучність регулюють підстроювальним резистором R1. Після виконання заданого числа кроків наведення та зближення з джерелом світла модель зупиняється.

Висновки РАВ та РВ4 (точки А та В) зарезервовані для підключення двох кнопок із замикаючими контактами (другі висновки кнопок з'єднують із загальним проводом пристрою). Усередині мікроконтролера до цих висновків програмно підключені резистори, з'єднані з шиною живлення +5 В. При замиканні контактів кнопок напруга на відповідному виводі падає до 0. машина реагувати на перешкоди.

Коди програми, яку необхідно занести на згадку про мікроконтролера, наведено в табл. 1.

(Натисніть для збільшення)

Пристрій живиться від джерела напругою 5 по проводах, споживаючи при русі вперед (працюють обидва двигуни) струм близько 0,5 А (залежить від застосованих двигунів). Слід врахувати, що в момент рушання споживаний струм значно більший. У автора він виходив принаймні більше 1,2 А на один двигун, і в ланцюзі живлення виникала перешкода, що викликала перезапуск мікроконтролера. Її вдалося усунути, увімкнувши послідовно з електродвигунами резистори R2 та R3.

Більшість деталей пристрою змонтовано на макетній платі розміром 125x65 мм (рис. 3).

Мікроконтролер керує всюдиходом

Для мікросхем DA3 та DA5 на ній встановлені 28-гніздні розетки, а для DD1 – 18-гніздні. Усі резистори - МЩ оксидні конденсатори - К50-35 чи аналогічні зарубіжного виробництва, інші - КМ. Фотодіод VD2 можна взяти практично будь-хто. Опробовано було три фотодіоди різних типів, і з усіма отримано хороший результат. Опір резистора R12 змінювалося при цьому від 47 до 820 кОм. Якщо в якості джерела світла використовуватиметься лампа розжарювання, бажано застосувати ІЧ фотодіод, у цьому випадку менше впливатиме сонячне освітлення. Замість інтегрального стабілітрону LM385Z-2,5 (DA6) допустимо використовувати КС133А, зменшивши опір резистора R34 до 330 Ом. Заміна транзисторів КТ863А (VT1, VT2) небажана (вони були обрані за двома параметрами: високим коефіцієнтом передачі струму бази та малою напругою насичення емітер-колектор).

На час запису голосових повідомлень мікроконтролер DD1 вилучають із панелі, мікросхему DA3 встановлюють місце DA5, записують у ній потрібні фрази, потім її повертають своє місце, a DA5 - своє і записують довге повідомлення. По завершенні всіх операцій встановлюють місце і мікроконтролер.

Повідомлення мікросхему, встановлену на місці DA5, записують наступним чином. До першого запису за допомогою перемикача SA1 на входах АТ-А7 встановлюють адресу 00h (всі контакти SA1 у замкнутому положенні). Це буде адреса початку першого звукового фрагмента у пам'яті мікросхеми. Потім натискають та утримують протягом усього часу запису потрібної фрази кнопку SB2 ("REC"). Після відпускання кнопки запис припиняється, а пам'яті мікросхеми наприкінці звукового фрагмента автоматично записується код кінця фрагмента.

На жаль, точно визначити адресу кінця неможливо. Тому за допомогою SA1 встановлюють адресу, що приблизно відповідає кінцю фрагмента з "недобором". Це можна зробити виходячи з часу, необхідного для запису фрагмента, та таблиці відповідності адрес та часу запису (у скороченому вигляді – див. табл. 2).

(Натисніть для збільшення)

Для ISD1420 зміна адреси на 01h відповідає часовому відрізку 0,125 с. Короткі повідомлення на кшталт "Мету виявлено" тривають близько 1,5 с. Після встановлення адреси короткочасно натискають кнопку відтворення SB1 ("PLAT). Якщо введена адреса виявилася меншою за адресу кінця фрагмента, то буде чути шматочок з кінця фрагмента, а світлодіод HL2 коротко спалахне в кінці. Якщо ж адреса була більша, то відносно довго буде тиша, а потім спалах світлодіода HL2, що означає, що відтворення дійшло до кінця пам'яті мікросхеми.У такий спосіб визначають адресу кінця повідомлення.Адреса, наступна після кінця попереднього повідомлення, стане адресою початку наступного. Необхідно буде внести на програму замість тих, що вийшли в автора і відповідають тривалості сказаних ним фраз.

Якщо гучність мовних повідомлень виявиться недостатньою, можна збільшити опір резистора R1 або застосувати інший підсилювач із диференціальним входом. Ємність конденсатора С6 можна зменшити до 0,1 мкФ, це прискорить запуск мікроконтролера. У модулі управління електродвигунами може знадобитися зменшити опір резисторів R4 та R5 до 270 Ом.

Файли проекту

література

КР1878ВЕ1 – 8-розрядний RISC-мікроконтролер. - ВАТ Ангстрем.
(Опис КР1878ВЕ1, програми транслятора, програматора та ін.).
Богомолов Д. Частотомір на мікроконтролері. – Радіо, 2000, № 10, с. 4 – 6.
.
- Опис мікросхем серії ISD1420 (файли 1400_1 .pdf- 1400_3.pdf).
- опис різних аспектів застосування мікросхем серії ISD1420 та подібних до неї (файл apin10.pdf - приклади схем, apin03.pdf - таблиця відповідності часу та адреси, apin04.pdf - питання, що часто ставляться, apin05.pdf - про те, як працює мікросхема, apin06 .pdf - про застосування мікросхем та спільну роботу з LM386, apin07.pdf - про адресацію).
Шитиков A. ISD4004-16M - однокристальна система запису/відтворення мови. - Радіо. 2002 № 2, с. 19 – 21; №3, с. 15, 16.

Автор: Н.Остроухов, м.Сургут Тюменської обл.

Дивіться інші статті розділу Мікроконтролери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Запрацювала найвища у світі астрономічна обсерваторія 04.05.2024

Дослідження космосу та її таємниць - це завдання, яка привертає увагу астрономів з усього світу. У свіжому повітрі високих гір, далеко від міських світлових забруднень, зірки та планети розкривають свої секрети з більшою ясністю. Відкривається нова сторінка в історії астрономії із відкриттям найвищої у світі астрономічної обсерваторії – Атакамської обсерваторії Токійського університету. Атакамська обсерваторія, розташована на висоті 5640 метрів над рівнем моря, відкриває нові можливості для астрономів у вивченні космосу. Це місце стало найвищим для розміщення наземного телескопа, надаючи дослідникам унікальний інструмент вивчення інфрачервоних хвиль у Всесвіті. Хоча висотне розташування забезпечує більш чисте небо та менший вплив атмосфери на спостереження, будівництво обсерваторії на високій горі є величезними труднощами та викликами. Однак, незважаючи на складнощі, нова обсерваторія відкриває перед астрономами широкі перспективи для дослідження. ...>>

Управління об'єктами за допомогою повітряних потоків 04.05.2024

Розвиток робототехніки продовжує відкривати перед нами нові перспективи у сфері автоматизації та управління різними об'єктами. Нещодавно фінські вчені представили інноваційний підхід до управління роботами-гуманоїдами із використанням повітряних потоків. Цей метод обіцяє революціонізувати способи маніпулювання предметами та відкрити нові горизонти у сфері робототехніки. Ідея управління об'єктами за допомогою повітряних потоків не є новою, проте донедавна реалізація подібних концепцій залишалася складним завданням. Фінські дослідники розробили інноваційний метод, який дозволяє роботам маніпулювати предметами, використовуючи спеціальні повітряні струмені як "повітряні пальці". Алгоритм управління повітряними потоками, розроблений командою фахівців, ґрунтується на ретельному вивченні руху об'єктів у потоці повітря. Система керування струменем повітря, що здійснюється за допомогою спеціальних моторів, дозволяє спрямовувати об'єкти, не вдаючись до фізичного. ...>>

Породисті собаки хворіють не частіше, ніж безпородні 03.05.2024

Турбота про здоров'я наших вихованців – це важливий аспект життя кожного власника собаки. Однак існує поширене припущення про те, що породисті собаки більш схильні до захворювань у порівнянні зі змішаними. Нові дослідження, проведені вченими з Техаської школи ветеринарної медицини та біомедичних наук, дають новий погляд на це питання. Дослідження, проведене в рамках Dog Aging Project (DAP), що охопило понад 27 000 собак-компаньйонів, виявило, що чистокровні та змішані собаки в цілому однаково часто стикаються з різними захворюваннями. Незважаючи на те, що деякі породи можуть бути більш схильні до певних захворювань, загальна частота діагнозів у обох груп практично не відрізняється. Головний ветеринарний лікар Dog Aging Project, доктор Кейт Криві, зазначає, що існує кілька добре відомих захворювань, що частіше зустрічаються у певних порід собак, що підтримує думку про те, що чистокровні собаки більш схильні до хвороб. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Бездзеркальний фотоапарат Panasonic Lumix DMC-G7 19.05.2015

Компанія Panasonic представила бездзеркальний фотоапарат Lumix DMC-G7 зі змінною оптикою. Новинка поповнила сімейство пристроїв стандарту Micro Four Thirds. Камера наділена КМОП-матрицею (17,3 х 13 мм) з 16 млн ефективних пікселів та продуктивним процесором обробки зображень Venus Engine. Поворотно-відкидний дисплей з діагоналлю 3 дюйми та підтримкою сенсорного керування підвищує зручність зйомки автопортретів та роботу в умовах, коли фотоапарат доводиться тримати нижче або вище за рівень очей.

Світлочутливість становить ISO 160-25600, діапазон витримок – 1/4000-60 с. Для зберігання матеріалів служать картки пам'яті SD/SDHC/SDXC. Є стереофонічний мікрофон, порт USB 2.0 та інтерфейс HDMI.

Фотоапарат підтримує запис відеоматеріалів ультрависокої чіткості у форматі 4K з роздільною здатністю 3840 х 2160 пікселів (30, 25, 24, 20 кадрів за секунду). Крім того, можлива відеозйомка у форматі Full HD (1920 х 1080 пікселів) зі швидкістю до 60 кадрів за секунду.

Модель Lumix DMC-G7 дозволяє здійснювати послідовну фотозйомку в максимальній роздільній здатності зі швидкістю 7 кадрів на секунду. Функція 4K Burst Shooting забезпечує можливість зйомки практично необмежену кількість 4K-фотографій при утриманні кнопки спуску затвора. Режим 4K Pre-burst дає можливість отримати 60 зображень у форматі 4K до/після натискання кнопки спуску затвора. При цьому можна вибирати між чотирма варіантами роздільної здатності: 3840 х 2160 (співвідношення сторін 16:9), 3328 х 2496 (4:3), 3504 х 2336 (3:2) або 2880 х 2880 (1:1).

Фотоапарат має швидку систему автоматичного фокусування, електронний видошукач зі 100-відсотковим покриттям кадру та адаптер бездротового зв'язку Wi-Fi. Габарити складають 125 х 86 х 77 мм, вага – 410 грамів.

Придбати Lumix DMC-G7 можна буде за орієнтовною ціною 800 доларів США з оптикою 14-42mm або 1100 доларів з об'єктивом 14-140mm.

Інші цікаві новини:

▪ Портали існують

▪ Мікропроцесори на троїчному коді для інтернету речей

▪ Саморухлива рідина

▪ Хороший приклад теж заразливий

▪ Очі підкажуть, скільки загадано

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Електрику. ПТЕ. Добірка статей

▪ стаття Характеристика системи Людина – Соціальне середовище у загальному контексті безпеки життєдіяльності. Основи безпечної життєдіяльності

▪ стаття У чому кияни дорікали своєму великому князю Святославу Ігоровичу? Детальна відповідь

▪ стаття Промислова вентиляція