Місяць з мікроконтролерним управлінням

Безкоштовна технічна бібліотека

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

Місяць з мікроконтролерним управлінням. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Безкоштовна технічна бібліотека

Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки / Мікроконтролери

Коментарі до статті

Описуваний пристрій було розроблено для демонстрації можливостей програмно-апаратних комплексів управління об'єктами, що рухаються. Як об'єкт було взято дитячу іграшку "місяцехід" з провідним дистанційним керуванням, що приводиться в рух двома електродвигунами постійного струму і дозволяє керувати кожним з них окремо. З увімкненням живлення модель починає рухатися вперед. Одночасно включаються змонтовані в ній передавач і приймач імпульсного І випромінювання. Рух триває до того часу, поки інтенсивність відбитого ІЧ сигналу перевищить встановленого порога, що свідчить про наявність перешкоди по дорозі. Як тільки це станеться, модель розгортається до тих пір, поки відбитий сигнал не стане нижче цього порога, після чого продовжує рух уперед і т.д.

Принципова схема програмно-апаратного комплексу управління моделлю "місяцехода" зображено малюнку. Його основа – економічний восьмибітний КМОП мікроконтролер (МК) AT90S2313 (DD1), побудований з використанням розширеної RISC-архітектури AVR. Тактову частоту задає кварцовий резонатор ZQ1 на 5 МГц (вона може бути і будь-який інший, аж до 10 МГц). Ланцюг з резистора R13 та конденсатора С12 служить для скидання МК в момент включення живлення. Роз'ємний з'єднувач Х1 введений для швидкого з'єднання та роз'єднання МК та решти пристрою, а також для підключення МК до комп'ютера з метою оновлення програми або діагностики роботи.

(Натисніть для збільшення)

Крім мікроконтролера, пристрій містить імпульсний передавач ІЧ випромінювання (VT4, VD2), приймач відбитого перешкодою випромінювання, що складається з фотодіода VD1, двокаскадного підсилювача (VT1, VT2) і синхронного детектора (VT3), і чотири електронних ключа (1VT. ., 1VT1 - 3VT4). Живиться пристрій від батареї, що складається з чотирьох Ni-Cd акумуляторів типорозміру З ємністю 1 мА·год, які встановлюються у передбачений у моделі відсік. Напруга живлення мікроконтролера та приймача ІЧ випромінювання підтримується постійним мікросхемним стабілізатором напруги DA4.

У процесі з виходу порту PD0 з урахуванням транзистора VT4 надходять імпульси з частотою прямування близько 1220 Гц. В результаті він періодично відкривається, і включений в його колекторний ланцюг світлодіод VD2 створює в напрямку руху моделі пульсуючий із зазначеною частотою ІЧ випромінювання. Резистор R7 обмежує струм через емітерний перехід транзистора і захищає вихід порту МК від ушкоджень при проби цього переходу. Максимальний струм через світлодіод обмежує резистор R9.

Відбите перешкодою ІЧ випромінювання сприймається фотодіодом VD1, включеним паралельно резистори R2, через який здійснюється ООС по постійному струму, що охоплює двокаскадний підсилювач на транзисторах VT1, VT2. Імпульси напруги колектора транзистора VT2 надходять на синхронний детектор, виконаний на польовому транзисторі VT3. Його застосування обумовлено тим, що під час роботи локатора на резисторі R3 створюються не тільки коливання частотою близько 1220 Гц, а й пульсації частотою 100 Гц від ламп розжарювання, а також випадкові перешкоди як у видимому, так і в ІЧ діапазонах спектра. Рівень цих перешкод нерідко можна порівняти з рівнем відбитого перешкодою ІЧ випромінювання, і якщо не вжити спеціальних заходів, це може призвести до виявлення помилкової перешкоди. Для запобігання подібним помилкам і використано синхронний детектор. Його вхід (затвор транзистора VT3) приєднаний до того ж порту (DO), що і вхід передавача, тому синхронно зі спалахами світлодіода VD2 відкривається транзистор VT3, який підключає вихід підсилювача на транзисторах VT1, VT2 до одного з входів компаратора МК (PB0/A ). Зразкову напругу на іншому іншому вході встановлюють підстроєним резистором R0, регулюючи тим самим чутливість пристрою до відбитого сигналу.

Роботою електродвигунів моделі МК управляє за допомогою електронних ключів S1 – S4. Розглянемо роботу однієї з них, наприклад, першого (інші діють аналогічно). При напрузі на вході менше 0,6 (лог. 0) транзистори 1VT1 і 1VT3 закриті, a 1VT2 відкритий, тому напруга на виході і з'єднаному з ним виведення двигуна М1 близька до напруги батареї живлення GB1. Подача на вхід ключа рівня балка. 1 викликає відкривання транзистора 1VT1, через що 1VT2 закривається, а 1VT3 відкривається і напруга на виході стає близьким до 0. Резистор 1R1 обмежує струм, споживаний ключем від виходу МК, значенням близько 3 мА, що значно менше допустимого вихідного струму при рівні лог.20 і 0 мА при рівні лог.10). Опір резистора 1R1 підібрано таким чином, щоб, з одного боку, забезпечити достатній вихідний струм ключа, коли відкритий 2VT1, а з іншого - щоб струм через відкритий транзистор 2VT1 був занадто великим.

Оскільки застосовані в моделі електродвигуни споживають дуже великий струм (близько 600 мА) і створюють інтенсивні імпульсні перешкоди, їх довелося замінити більш економічними двигунами ДПБ-902, що створюють менше перешкод. Можливе використання інших колекторних електродвигунів від магнітофонів і магнітол.

Для управління електронними ключами використовуються чотири старші розряди порту В: РВ7, РВ6, РВ5 і РВ4. Роботою ІЧ передавача управляє молодший розряд порту D - PD0, два молодших розряди порту В (PB0 і PB1) налаштовані та використовуються відповідно як прямий та інверсний входи аналогового компаратора.

Як видно із схеми, для включення, наприклад, електродвигуна М1 необхідно відкрити один із ключів S1, S2 та закрити інший. Якщо відкрити або закрити обидва ключі, напруги на їх виходах виявляться однаковими, тому напруга на електродвигуні дорівнюватиме 0. Якщо відкрити ключ S1 і закрити S2, лівий (за схемою) виведення двигуна буде з'єднаний з плюсом батареї живлення,

а правий – з її мінусом, і він почне обертатися в один бік. Якщо ж, навпаки, відкрити S2 і закрити S1, полярність підключення двигуна зміниться на зворотний і почне обертатися в протилежний бік. Програмне включення здійснюється записом до порту Констант, зазначених у табл. 1.

Місяць з мікроконтролерним управлінням

Програмне управління передавачем ІЧ випромінювання провадиться записом деякого числа в порт D МК. Якщо молодший біт цього числа дорівнює 0, світлодіод VD2 погашений, а якщо він дорівнює 1 - включений. Послідовна зміна значень цього біта призводить до виникнення попереду моделі пульсуючого рівня освітленості в інфрачервоній частині спектра. Рівень відбитого випромінювання фіксується фотодатчиком, і за його зростанні робиться припущення про наявність попереду перешкоди.

Особливість програми полягає в тому, що алгоритм управління розміщений в обробнику таймера МК. Зумовлено це тим, що перемикати випромінюючий світлодіод необхідно з деякою постійною частотою, і для спрощення програми алгоритм управління розміщений там же. Після подачі сигналу скидання в момент увімкнення живлення МК починає виконувати програму з позначки Start. У цій частині програми проводиться початкова ініціалізація стека, регістрів, портів вводу/виводу В і D, аналогового компаратора, восьмирозрядного таймера, встановлюються частота проходження імпульсів на таймер, рівна СК/8 (СК - тактова частота, що дорівнює 5 МГц), та обробник з переповнення таймера.

Оскільки переповнення таймера відбувається щоразу після надходження 256 (28) імпульсів, обробник переривання викликається 2441 разів на секунду. В результаті випромінюючий світлодіод перемикається з частотою приблизно 1221 Гц. Аналіз прийнятого відбитого сигналу проводиться один раз за 20 циклів таймера, тобто з частотою 122 Гц.

Алгоритм управління працює в такий спосіб. Регістр r24 використовується як лічильник з діапазоном значень від 0 до 240. При кожній перевірці, якщо є перешкода і значення лічильника менше 240, воно збільшується на 1, а якщо перешкоди немає, зменшується на таку ж величину, доки не стане рівним 0. Далі при значення лічильника від 0 до 16 видається команда на рух уперед, від 17 до 31 - на зупинку, а від 32 до 240 - на розворот. Такий алгоритм дозволяє уникнути помилкових спрацьовувань та підвищує ймовірність повного об'їзду перешкоди (розворот моделі триває деякий час і після його зникнення).

На регістрі r27 організований лічильник розворотів, яким кожен другий розворот виробляється у протилежну попередньому бік, але в регістрі r18 - лічильник алгоритму управління електродвигунами. Він послідовно набуває значення від 0 до 3 з кожним викликом переривання. При Про вимикається правий двигун, а за 2 - лівий. Таким чином, струм, що споживається від батареї живлення, знижується, завдяки чому зростає час автономної роботи моделі від однієї зарядки акумуляторів до іншої.

Коди програми у вигляді hex-файлу наведено у табл. 2.

Повний текст програми мовою асемблера

(Натисніть для збільшення)

Налагодження пристрою нескладне. Спочатку, відключивши мікроконтролер роз'єднанням частин роз'єму Х1, встановлюють місце батарею живлення і, замкнувши контакти вимикача Q1, вимірюють напругу на виході стабілізатора DA1. Потім, підключивши осцилограф до стоку транзистора VT3 і висвітлюючи фотодіод будь-яким джерелом інфрачервоного випромінювання (наприклад, пультом дистанційного керування телевізором або відеомагнітофоном), переконуються у працездатності фотоприймача.

Інші вузли при використанні справних деталей та відсутності помилок у монтажі налагодження не потребують. На завершення приєднують МК (при відключеному живленні) та перевіряють працездатність пристрою в цілому. Чутливість фотоприймача при необхідності регулюють підстроювальним резистором R12.

Автор: П.Чечет, м.Василевичі Гомельської обл., Білорусь

Дивіться інші статті розділу Мікроконтролери.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Новий спосіб управління та маніпулювання оптичними сигналами 05.05.2024

Сучасний світ науки та технологій стрімко розвивається, і з кожним днем з'являються нові методи та технології, які відкривають перед нами нові перспективи у різних галузях. Однією з таких інновацій є розробка німецькими вченими нового способу керування оптичними сигналами, що може призвести до значного прогресу фотоніки. Нещодавні дослідження дозволили німецьким ученим створити регульовану хвильову пластину всередині хвилеводу із плавленого кремнезему. Цей метод, заснований на використанні рідкокристалічного шару, дозволяє ефективно змінювати поляризацію світла через хвилевід. Цей технологічний прорив відкриває нові перспективи розробки компактних і ефективних фотонних пристроїв, здатних обробляти великі обсяги даних. Електрооптичний контроль поляризації, що надається новим методом, може стати основою створення нового класу інтегрованих фотонних пристроїв. Це відкриває широкі можливості для застосування. ...>>

Приміальна клавіатура Seneca 05.05.2024

Клавіатури – невід'ємна частина нашої повсякденної роботи за комп'ютером. Однак однією з головних проблем, з якою стикаються користувачі, є шум, особливо у випадку преміальних моделей. Але з появою нової клавіатури Seneca від Norbauer & Co може змінитися. Seneca – це не просто клавіатура, це результат п'ятирічної роботи розробників над створенням ідеального пристрою. Кожен аспект цієї клавіатури, починаючи від акустичних властивостей до механічних характеристик, був ретельно продуманий і збалансований. Однією з ключових особливостей Seneca є безшумні стабілізатори, які вирішують проблему шуму, характерну для багатьох клавіатур. Крім того, клавіатура підтримує різні варіанти ширини клавіш, що робить її зручною для будь-якого користувача. І хоча Seneca поки не доступна для покупки, її реліз запланований на кінець літа. Seneca від Norbauer & Co є втіленням нових стандартів у клавіатурному дизайні. Її ...>>

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. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Захищена камера Olympus Tough TG-870 23.03.2016

Японська компанія Olympus випустила на ринок нову компактну захищену камеру серії Tough – Olympus Tough TG-870 – з унікальними можливостями для селфі в будь-яких умовах, навіть під водою.

Фотоапарат має захищеність за всіма параметрами: його можна занурювати у воду на глибину до 15 метрів, кидати з висоти 2,1 метра, використовувати при температурі до -10°C, також корпус витримує тиск в 100 кг і має пилостійкість.

Що стосується технічних особливостей: у Tough TG-870 є ширококутний зум-об'єктив з діапазоном фокусних відстаней 21-105 мм ЕФР, поворотний 3-дюймовий дисплей і 16-мегапіксельний КМОП-сенсор зі зворотним засвітленням.

Унікальна система 5-осьової стабілізації дозволить отримувати різкі знімки навіть в умовах низького освітлення, що потребують довготривалої витримки. Додатково прикрасити знімки допоможуть 13 художніх фільтрів.

З незвичайного – камера чудово обладнана для селфі. По-перше, екран повертається на 180 °, завдяки чому робити селфі особливо легко. По-друге, на передній панелі продубльована кнопка спуску затвора, що дозволить тримати камеру так, як вам зручно.

Крім фотографій камера дозволяє знімати відео у Full-HD із частотою 60 кадрів за секунду в прогресивній розгортці. До речі, завдяки тому, що її корпус захищений від влучення води, з нею можна буде знімати приголомшливе відео (і фото, втім, також) з підводних глибин.

Інші цікаві новини:

▪ Діод для захисту високошвидкісних інтерфейсів від статичної електрики

▪ Новий метод охолодження для холодильників

▪ Медичні протези від Lamborghini

▪ 3-фазний модуль 150А EconoPIM 3

▪ Новий дельта-сигма АЦП

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ Розділ сайту Типові інструкції з охорони праці (ТОІ). Добірка статей

▪ стаття Люкс - одиниця виміру освітленості. Мистецтво відео

▪ статья Який авіаційний пристрій повністю суперечить своїй жаргонній назві? Детальна відповідь

▪ стаття Турнепс. Легенди, вирощування, способи застосування