Cep Telefonu Kontrollü Robot için PCB Tasarımı: 10 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:18

Bu projeyi 2012 yılında küçük projem olarak yaptım. Bu proje, insanların doğrudan müdahalesi olmadan tehditleri etkisiz hale getirecek bir yönteme duyulan ihtiyaçtan ilham aldı. O zamanlar ülkem beni herhangi bir cep telefonuyla çalıştırılabilen basit bir robot araç geliştirmeye motive eden şiddete maruz kaldı. Robot, 2G ağlarında bile daha geniş operasyonel kapsama alanına sahip olmasını sağlayan DTMF ses frekansları ile kontrol edilir. Bu talimatta, PCB tasarımına daha fazla odaklanacağım.

Gereçler

M8870 DTMF kod çözücü

89C51Mikrodenetleyici

L293D Motor Sürücüsü

DC Motorlar

Robot araba şasisi

Cep telefonu

5v Düzenlenmiş güç kaynağı

Adım 1: Temel Yapı

Robotun temel yapısını inceleyelim.

Orada gösterilen mobil ahize robotu kontrol etmek için kullanılır. Robotun içinde bulunan ahizeye bir arama yapıyoruz, ardından robot aramayı otomatik olarak kabul ediyor ve ardından kendisine bağlı mikrodenetleyici yardımıyla kontrol edilen robotun hareketini kontrol etmek için her tuşa basıyoruz. Robot, harici sıfırlama anahtarı yardımıyla sıfırlanabilir. Her anahtar, her işlem için ayrılmıştır. Robotun hareketine karşılık gelen tuşa basıldığında, DTMF kod çözücü alıcıda üretilen tonu çözecek ve ikili kodu mikrodenetleyiciye gönderecektir. Mikrodenetleyici, harekete karşılık gelen ikili kodlar algılandığında, mikrodenetleyici motor sürücüsüne karşılık gelen ikili girişi verecek şekilde programlanmıştır. Motor sürücüsü sinyali yorumlayacak ve motora uygun voltajları verecek, böylece onu değiştirecek ve motoru karşılık gelen yönde döndürecektir.

Adım 2: DTMF DEKODER

M8870, hem bant ayırma filtresi hem de kod çözücü işlevlerini tek bir 18-pin DIP veya SOIC paketinde birleştiren tam bir DTMF Alıcısıdır. CMOS proses teknolojisi kullanılarak üretilen M-8870, düşük güç tüketimi (maks. 35 mW) ve hassas veri işleme sunar. Filtre bölümü, hem yüksek hem de düşük grup filtreleri ve çevir sesi reddi için anahtarlamalı kapasitör teknolojisini kullanır. Kod çözücüsü, 16 DTMF ton çiftinin tümünü algılamak ve 4 bitlik bir koda dönüştürmek için dijital sayma tekniklerini kullanır. Harici bileşen sayısı, bir çip üzerinde diferansiyel giriş amplifikatörü, saat üreteci ve mandallı üç durumlu arabirim veriyolunun sağlanmasıyla en aza indirilir. Gereken minimum harici bileşenler, düşük maliyetli bir 3.579545 MHz renk patlaması kristali, bir zamanlama direnci ve bir zamanlama kapasitörü içerir. M-8870-02, etkinleştirildiğinde tüketimi 0,5 mW'nin altına düşüren bir "güç kapatma" seçeneği sunar. M-8870-02 ayrıca dördüncü sütun basamaklarının kodunun çözülmesini de engelleyebilir.

M8870'in Özellikleri:

• Komple DTMF Alıcısı
• Düşük güç tüketimi (35mw)
• Dahili kazanç ayar yükselticisi
• Ayarlanabilir alım ve bırakma süreleri
• Merkez ofis kalitesi
• Güç kapatma modu (5mw)
• Tek 5 Volt güç kaynağı
• Çevir sesi bastırma
• engelleme modu

DTMF tekniği, telefonda 16 yaygın alfanümerik karakterin (0-9, A-D, *, #) ayrı bir temsilini verir. Kullanılan en düşük frekans 697 Hz ve kullanılan en yüksek frekans 1633 Hz'dir. DTMF tuş takımı, her satırın kendine özgü ton frekansına sahip olacağı ve ayrıca her sütunun kendi benzersiz ton frekansına sahip olacağı şekilde düzenlenmiştir. Yukarıda tipik DTMF tuş takımının ve ilgili satır/sütun frekanslarının bir temsili bulunmaktadır. Örneğin 5 gibi bir tuşa basıldığında, düşük grup için 770 Hz ve yüksek grup için 1336 Hz'den oluşan bir çift ton üretilecektir.

Adım 3: 89C51 MİKRODENETLEYİCİ

Burada kullandığımız mikrodenetleyici AT89C51'dir. AT89C51, 8K bayt Flash programlanabilir ve silinebilir salt okunur belleğe (PEROM) sahip, düşük güçlü, yüksek performanslı bir CMOS 8 bit mikro bilgisayardır. Cihaz, Atmel'in yüksek yoğunluklu kalıcı bellek teknolojisi kullanılarak üretilmiştir ve endüstri standardı 80C51 ve 80C52 komut seti ve pin çıkışı ile uyumludur. İhtiyaca göre programlanabilen bir kontrol ünitesidir. Bu projede, algılanan tona karşılık gelen ikili kodun alındığını kabul eder ve motorları sürmek için ikili kod sürücü IC'sine gönderilir.

Özellikleri:

• ATMEL ürünü
• 8051'e benzer
• 8 bit mikrodenetleyici
• EPROM veya FLASH bellek kullanır
• Çoklu zaman programlanabilir (MTP)

ATMEL89C51, I/O, RD, WR, adres ve kesmeler gibi çeşitli işlevlere ayrılmış toplam 40 pime sahiptir. 40 pinden, her portun 8 pin aldığı dört port P0, P1, P2 ve P3 için toplam 32 pin ayrılmıştır. Pinlerin geri kalanı Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA ve PSEN olarak belirlenmiştir. PSEN ve ALE dışındaki tüm bu pinler 8051 ve 8031 ailesinin tüm üyeleri tarafından kullanılmaktadır.

Adım 4: L293D MOTOR SÜRÜCÜ

İki motor, L293D motor sürücüsü IC kullanılarak çalıştırılır. L293D, 4,5 ila 36 volt voltaj aralığında 600mA'ya kadar akımı sürdürebilen dörtlü yarım H-köprü çift yönlü motor sürücüsü IC'dir. Küçük DC Dişli motorları, bipolar step motorları vb. sürmek için uygundur.

L293D'nin Özellikleri:

• Kanal başına 600ma çıkış akımı kapasitesi
• Kanal başına 1.2A tepe çıkış akımı (tekrarlanmayan)
• FacilityAşırı sıcaklık korumasını etkinleştir
• 1,5 v'a kadar mantıksal “0” giriş voltajı (Yüksek Gürültü Bağışıklığı)
• Dahili kelepçe diyotları

L293D, dörtlü yüksek akımlı yarım H sürücülerdir. L293D, 4,5 V ila 36 V arasındaki voltajlarda 600 mA'ya kadar çift yönlü sürücü akımı sağlamak üzere tasarlanmıştır. Her iki sürücü de röle, solenoid, DC ve bipolar step motor gibi endüktif bir yükün yanı sıra yüksek akım/ pozitif besleme uygulamalarında yüksek gerilim yükleri. L293D, amplifikatörlü ve çıkış koruma devreli dört girişten oluşur. Sürücüler çiftler halinde etkinleştirilir, 1 ve 2 numaralı sürücüler 1, 2 EN tarafından etkinleştirilir ve 3 ve 4 numaralı sürücüler 3, 4 EN tarafından etkinleştirilir. Bir etkinleştirme girişi yüksek olduğunda, ilgili sürücü etkinleştirilir ve çıkışları aktif ve girişleriyle aynı fazdadır.

Adım 5: Güç Kaynağı Ünitesi

Düşük hizmet tipi DC piller, 5V-9V'luk uygun bir voltaj derecesine ve maks. 1000mA. Düzenlenmiş bir DC voltajı elde etmek için voltaj regülatörleri kullanıldı. Voltaj regülatör IC'leri sabit (tipik olarak 5, 12 ve 15V) veya değişken çıkış voltajları ile mevcuttur. Ayrıca geçebilecekleri maksimum akım ile derecelendirilirler. Negatif voltaj regülatörleri, çoğunlukla çift beslemede kullanım için mevcuttur. Çoğu regülatör, aşırı akıma ('aşırı yük koruması') ve aşırı ısınmaya ('termal koruma') karşı bazı otomatik koruma içerir. Sabit voltaj regülatörü IC'lerinin çoğunda 3 kablo bulunur ve sağda gösterilen 7805 (+5V, 1A) regülatör gibi güç transistörlerine benzer. Gerekirse bir soğutucu takmak için bir delik içerirler.

Adım 6: Programlama

89C51 için programı geliştirmek için Keil uVision yazılımı ve özel yapım PCB'mizi tasarlamak ve üretmek için Orcad Capture / Layout kullanıldı.

Tüm MT8870 serisi türleri, 16 DTMF ton çiftinin tümünü algılamak ve kodunu 4 bitlik bir kod çıkışına dönüştürmek için dijital sayma tekniklerini kullanır. Dahili çevir sesi reddetme devresi, arama yapıldığında ön filtreleme ihtiyacını ortadan kaldırır.

giriş sinyali pin 2'de (IN-) verildi tek uçlu giriş konfigürasyonunda etkili olduğu kabul edilir, DTMF tonunun doğru 4 bitlik kod çözme sinyali Q1(pin11) üzerinden Q 4(pin 14) çıkışına aktarılır 89C51 IC'nin 1 numaralı bağlantı noktasının giriş pinleri P1.0(pin 1) ila P1.3(pin 4). AT89C51 kontrol ünitesidir. Bu projede, algılanan tona karşılık gelen ikili kodun alındığını kabul eder ve motorları sürmek için ikili kod sürücü IC'sine gönderilir. Mikrodenetleyicinin P2.0 ila P2.3 port pinlerinden çıkış, iki dişli DC motoru sürmek için sırasıyla L293D motor sürücüsünün IN1 ila IN4 girişine beslenir. Bir manuel sıfırlama anahtarı da kullanılır. Mikrodenetleyici çıkışı DC motorları sürmek için yeterli değildir, bu nedenle motor dönüşü için akım sürücüleri gereklidir. L293D dört sürücüden oluşur. IN1 ila IN4 arasındaki pinler ve 4 boyunca out1 sırasıyla sürücü1 ila sürücü4 arasındaki giriş ve çıkış pinleridir.

Adım 7: Program

ORG 000H

BAŞLAT:

HAREKET P1, #0FH

HAREKET P2, #000H

L1: HAREKET A, P1

CJNE A, #04H, L2

HAREKET A, #0AH

HAREKET P2, A

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

HAREKET A, #05H

HAREKET P2, A

LJMP L1

L3: CJNE A, #0AH, L4

HAREKET A, #00H

HAREKET P2, A

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

HAREKET A, #06H

HAREKET P2, A

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

HAREKET A, #09H

HAREKET P2, A

LJMP L1

SON

Adım 8: PCB İMALATI

PCB yapımı 4 adımda tamamlandı:

1. Bileşen yerleşim tasarımı

2. PCB yerleşim tasarımı

3. Sondaj

4. PCB'nin dağlanması

PCB bileşenleri Orcad Capture yazılımı kullanılarak kuruldu ve bağlantıları tasarlamak için Orcad Layout'a aktarıldı. Düzen daha sonra temizlenmiş bakır levhaya yazdırılmak üzere yansıtıldı. Baskıdan sonra (düzeni beyaz bir kağıda yazdırmak için toz boya bazlı bir yazıcı kullandık ve baskıyı bakır levha yüzeyine ısıtmak ve aktarmak için bir demir kutu kullandık. Fazladan bakır, bir demir klorür çözeltisi kullanılarak kazındı ve katalizör olarak az miktarda hidroklorik asit kullanıldı. Kart düzgün bir şekilde dağlandıktan sonra, delikler el tipi bir PCB delici kullanılarak delindi. Bileşenler satın alındı ve karta dikkatlice lehimlendi. IC'lere gelince, önce zıtlıklar lehimlendi IC'lerin yerleştirildiği yer.

9. Adım: Test Etme

Robotun beklendiği gibi çalışması için robotta alıcı olarak kullandığımız NokiaC1-02 cep telefonunda otomatik cevaplamayı etkinleştirdik. Yani biri o numarayı aradığında cep telefonu otomatik olarak cevap veriyor. Arayan kişi bir ton anahtarına bastığında, alıcı ahize bunu alır ve ses çıkışı yoluyla DTMF kod çözücüye gönderir. Kod çözücü, basılan anahtarın kodunu çözer ve 89C51 mikro denetleyiciye bildirir. Mikrodenetleyici daha sonra motor sürücüleri aracılığıyla robota uygun kontrol komutlarını verir.

Adım 10: Referanslar

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