İvmeölçer ve RF Verici-Alıcı Çifti Kullanan Hareket Kontrollü Gezici: 4 Adım

2024 Yazar: John Day | [email protected]. Son düzenleme: 2024-01-30 13:20

Selam, Basit el hareketleriyle yönlendirebileceğiniz, ancak görüntü işlemenin karmaşıklığına girme cesaretini asla toplayamayacağınız bir gezici yapmayı ve mikro denetleyicinizle bir web kamerası arabirimini asla toplayamayacağınız bir gezici yapmayı hiç istemediniz. görme sorunları? Pekala, korkma… çünkü kolay bir çıkış yolu var! Bakın, size güçlü HIZLANDIRICI'yı sunarken! *ba dum tss*

Bir ivmeölçer, doğrusal bir eksen boyunca yerçekimi ivmesini ölçen gerçekten harika bir cihazdır. Bunu, mikrodenetleyicimizin analog bir değer olarak okuduğu, toprak ile besleme voltajı arasında dalgalanan bir voltaj seviyesi olarak temsil eder. Beynimizi biraz uygularsak (sadece biraz matematik ve biraz Newton fiziği), onu yalnızca bir eksen boyunca doğrusal hareketi ölçmek için kullanmakla kalmaz, aynı zamanda eğim açısını belirlemek ve titreşimleri algılamak için de kullanabiliriz. Üzülme! Matematiğe veya fiziğe ihtiyacımız olmayacak; sadece ivmeölçerin tükürdüğü ham değerlerle uğraşacağız. Aslında, bu proje için bir ivmeölçerin teknik özellikleri hakkında çok fazla endişelenmenize gerek yok. Ben sadece birkaç ayrıntıya değineceğim ve sadece büyük resmi anlamanız için gerektiği kadar detaylandıracağım. Yine de, iç mekaniğini incelemekle ilgileniyorsanız, buraya bir göz atın.

Şimdilik bunu aklınızda tutmanız yeterlidir: bir ivmeölçer, akıllı telefonlarımızda oynadığımız tüm hareket sensörü oyunlarının kapılarını açan gizmodur (genellikle bir jiroskopla birlikte kullanılır); örneğin, sadece cihazlarımızı herhangi bir yöne eğerek aracı yönlendirdiğimiz bir araba yarışı oyunu. Ve bir eldivene bir ivmeölçer (elbette birkaç yardımcı ile) yapıştırarak bu etkiyi taklit edebiliriz. Sihirli eldivenlerimizi takıp ellerimizi sola veya sağa, öne veya arkaya eğiyoruz ve gezicilerimizin melodilerimizle dans ettiğini görüyoruz. Burada yapmamız gereken tek şey, ivmeölçerin okumalarını gezici üzerindeki motorların yorumlayabileceği dijital sinyallere çevirmek ve bu sinyalleri geziciye iletmek için bir mekanizma tasarlamak. Bunu başarmak için, bugünün deneyi için eski iyi Arduino'yu ve yardımcılarını çağırıyoruz, 434MHz'de çalışan bir RF verici-alıcı çifti, böylece açık alanda yaklaşık 100-150 m'lik bir menzil sağlıyor, bu da bizi aynı zamanda hat-of- görme sorunları

Oldukça şık bir hile, ha? Hadi dalalım…

1. Adım: Sarf Malzemelerinizi Toplayın

• Arduino Nano	x1
• İvmeölçer (ADXL335)	x1
• 5V DC Motor + Tekerlekler	her biri x2
• Sığır çarkı*	x1
• L293D Motor Sürücüsü + 16 pin IC soketi	her biri x1
• 434 MHz RF Verici	x1
• 434 MHz RF Alıcı	x1
• HT-12E Enkoder IC + 18 pin IC soketi	her biri x1
• HT-12D Dekoder IC + 18 pin IC soketi	her biri x1
• LM7805 Voltaj Regülatörü	x1
• Buton Anahtarı	x2
• Kırmızı LED + 330O direnç	her biri x2
• Sarı LED + 330O direnç	her biri x1
• Yeşil LED + 330O direnç (opsiyonel)	her biri x4
• 51kO ve 1MO Dirençler	her biri x1
• 10µF Radyal Kondansatörler	x2
Piller, Pil Konnektörleri, USB Kablosu, Atlama Kabloları, Dişi Başlıklar, 2 pimli Vidalı Terminaller, PCB, Şasi ve her zamanki Lehimleme Aksesuarlarınız

Neden bir sığır çarkı kullandığımızı merak ediyorsanız, mesele şu ki, RF verici ve alıcı modüllerinin sadece 4 veri pini var, bu da sadece 2 motor sürebileceğimiz ve dolayısıyla bir sığır çarkının kullanılabileceği anlamına geliyor. yapıyı destekler. Ancak, gezicinizin dört tekerlekle biraz daha havalı görüneceğini düşünüyorsanız endişelenmeyin, bir çözüm var! Bu durumda, sığır tekerleğini listeden kazıyın ve her biri bir tekerlekle birlikte başka bir çift 5V DC motor ekleyin ve 3. adımın sonunda tartışılan basit kesmeye dikkat edin.

Son olarak, cesur yürekliler için, tasarımda kendi Arduino'nuzu tasarlamayı içeren küçük bir değişiklik daha var. Bir sonraki adımda bonus bölümüne gidin ve kendiniz görün. Ayrıca birkaç ekstra sarf malzemesine de ihtiyacınız olacak: bir ATmega328P, bir 28pin IC soketi, bir 16Mhz kristal osilatör, iki adet 22pF seramik kapak, başka bir 7805 voltaj regülatörü, iki adet daha 10μF radyal kapak ve 10kΩ, 680Ω, 330Ω direnç ve evet, eksi Arduino!

2. Adım: Vericiyi Bağlayın

Projeyi iki bileşene ayıracağız: verici ve alıcı devreleri. Verici, bir ivmeölçer, bir Arduino ve bir HT-12E kodlayıcı IC ile birleştirilmiş bir RF verici modülünden oluşur ve tümü ekteki şemaya göre bağlanmıştır.

İvmeölçer, daha önce tanıtıldığı gibi, el hareketlerimizi tanımaya hizmet eder. İhtiyaçlarımızı karşılamak için üç eksenli bir ivmeölçer (temelde üç tek eksenli ivmeölçer bir arada) kullanacağız. Her üç boyutta da ivmeyi ölçmek için kullanılabilir ve tahmin edebileceğiniz gibi, üç eksenine (x, y ve z) göre bir değil, üç analog değer kümesi verir. Aslında, geziciyi yalnızca dört yönde sürebileceğimiz için yalnızca x ve y eksenleri boyunca ivmeye ihtiyacımız var: ileri veya geri (yani y ekseni boyunca) ve sola veya sağa (yani x ekseni boyunca). Bir drone yapıyor olsaydık z eksenine ihtiyacımız olurdu, böylece onun yükselişini veya alçalışını hareketlerle de kontrol edebilirdik. Her durumda, ivmeölçerin verdiği bu analog değerlerin motorları sürebilmesi için dijital sinyallere dönüştürülmesi gerekir. Bu, dönüşüm sonrasında bu sinyalleri RF verici modülü aracılığıyla geziciye ileten Arduino tarafından halledilir.

RF vericisinin tek bir görevi vardır: pin 3'te bulunan "seri" verileri pin 1'deki antenden dışarı iletmek. Arduino'dan AD8'den AD11'e kadar olan hatlarda 4 bite kadar paralel veri, böylece RF vericisindeki tek veri pininin aksine 24 = 16 farklı I/O kombinasyonuna yer açmamızı sağlar. Kodlayıcı üzerindeki A0'dan A7'ye kadar olan hatlardan çekilen kalan 8 bit, RF vericisini karşılık gelen bir RF alıcısı ile eşleştirmeyi kolaylaştıran adres baytını oluşturur. 12 bit daha sonra bir araya getirilir ve serileştirilir ve RF vericisinin veri pinine iletilir, bu da ASK-verileri 434MHz taşıyıcı dalga üzerine modüle eder ve pin 1'deki anten aracılığıyla dışarı atar.

Kavramsal olarak, 434Mhz'de dinleyen herhangi bir RF alıcısı, bu verileri yakalayabilmeli, demodüle edebilmeli ve kodunu çözebilmelidir. Ancak, HT-12E üzerindeki adres hatları ve HT-12D muadili (12 bit seriden paralele veri kod çözücüsü) üzerindeki adres hatları, verileri yalnızca amaçlanan alıcı böylece diğerleriyle iletişimi sınırlandırır. Bizden istenen tek şey, adres hatlarını her iki cephede de aynı şekilde yapılandırmak. Örneğin, HT-12E'miz için tüm adres hatlarını toprakladığımız için, aynısını alıcı tarafta HT-12D için de yapmalıyız, yoksa gezici sinyalleri alamaz. Bu şekilde, alıcıların her birinde HT-12D'ler üzerindeki adres hatlarını aynı şekilde yapılandırarak tek bir verici devresi ile birden fazla geziciyi de kontrol edebiliriz. Veya, her biri ayrı bir adres hattı konfigürasyonu içeren bir verici devresi ile yapıştırılmış iki eldiven giyebiliriz (örneğin, biri tüm adres hatları topraklanmış, diğeri tümü yüksekte tutulmuş veya bir hat topraklanmış, kalan yedi tanesi tutulmuş olarak). yüksek ve diğeri iki hat topraklanmış, geri kalan altı hat yüksek tutulmuş veya bunların herhangi bir kombinasyonu) ve her biri aynı şekilde yapılandırılmış birden fazla gezici yönlendiriyor. Bir android senfonisinde maestroyu oynayın!

Devreyi kurarken dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da Rosc değeridir. HT-12E, 15 ve 16 numaralı pinler arasında, bu pinler arasına Rosc adlı bir direnç bağlanarak etkinleştirilen dahili bir osilatör devresine sahiptir. Rosc için seçilen değer aslında besleme gerilimine bağlı olarak değişebilen osilatör frekansını belirler. Rosc için uygun bir değerin seçilmesi, HT-12E'nin çalışması için çok önemlidir! İdeal olarak, HT-12E'nin osilatör frekansı, HT-12D karşılığının 1/50 katı olmalıdır. Bu nedenle 5V üzerinde çalıştığımız için HT-12E ve HT-12D devreleri için Rosc olarak sırasıyla 1MΩ ve 51kΩ dirençleri seçtik. Devreleri farklı bir besleme voltajında çalıştırmayı planlıyorsanız, kullanılacak tam osilatör frekansını ve direnci belirlemek için ekteki HT-12E veri sayfasının 11. sayfasındaki "Osilatör Frekansı - Besleme Voltajı" grafiğine bakın.

Ayrıca, bir yan not olarak, ivmeölçeri, RF vericisini ve Arduino'yu doğrudan PCB'ye lehimlemek yerine devreye takmak için burada dişi başlıklar (IC soketleri ile benzer bir amaca hizmet eden) kullanacağız. Amaç, küçük bir bileşenin yeniden kullanılabilirliğinin sağlanmasıdır. Diyelim ki, jest kontrollü gezicinizi tasarladığınızdan bu yana bir süre geçti ve orada, yarı tozla kaplı, kupa rafınızın üzerinde oturuyor ve bir ivmeölçerin etkinliğini artıran başka bir harika talimata rastladınız. Ee ne yapıyorsun? Sadece onu gezicinizden çekip yeni devrenize itiyorsunuz. Size yeni bir tane almak için “Amazonları” çağırmanıza gerek yok:-p

Bonus: Arduino'yu ortadan kaldırın, ancak Yapmayın

Biraz daha maceraperest hissediyorsanız ve özellikle bu güzel tasarlanmış harikayı (elbette Arduino) bizimki gibi önemsiz bir görev için harcamanın biraz abartı olduğunu düşünüyorsanız, biraz daha sabredin.; ve değilse, bir sonraki adıma geçmekten çekinmeyin.

Buradaki amacımız Arduino'yu (aslında Arduino'nun beyni; evet, ATmega IC'den bahsediyorum!) takımın daimi üyesi yapmak. ATmega, devrenin daimi bir parçası olarak hizmet edebilmesi için tekrar tekrar tek bir taslağı çalıştıracak şekilde programlanacaktı, tıpkı HT-12E gibi, sadece bir IC, orada oturup yapması gerekeni yapıyor. Gerçek bir gömülü sistemin olması gerektiği gibi değil mi?

Her neyse, bu yükseltmeye devam etmek için devreyi ekli ikinci şemaya göre değiştirin. Burada, Arduino'nun dişi başlıklarını ATmega için bir IC soketi ile değiştiriyoruz, IC'nin sıfırlama pimine (pim 1) 10K'lık bir çekme direnci ekliyoruz ve pim 9 ve 10 arasında harici bir saat ile pompalıyoruz. Ne yazık ki, Arduino'yu ortadan kaldırırsak, yerleşik voltaj düzenleyicilerini de bırakmış oluruz; Dolayısıyla alıcı için kullandığımız LM7805 devresini burada da çoğaltmamız gerekiyor. Ek olarak, ivmeölçeri çalıştırmak için gereken 3.3V'u çekmek için bir voltaj bölücüyü de kullanıyoruz.

Şimdi, buradaki diğer tek yakalama, ATmega'yı işini yapacak şekilde programlamak. Yine de 4. adıma kadar beklemeniz gerekecek. Öyleyse, takipte kalın…

3. Adım: Ve Alıcı

Alıcı, bir HT-12D kod çözücü IC ile birleştirilmiş bir RF alıcı modülünden ve bir L293D motor sürücüsü yardımıyla çalıştırılan bir çift DC motordan oluşur ve tümü ekteki şemaya göre bağlanmıştır.

RF alıcısının tek işi, (pin 1'deki anteni aracılığıyla alınan) taşıyıcı dalgayı demodüle etmek ve seri hale getirme için HT-12D tarafından alındığı pin 7'de alınan "seri" veriyi oluşturmaktır. Şimdi, HT-12D üzerindeki adres hatlarının (A0 - A7) HT-12E karşılığı ile aynı şekilde yapılandırıldığını varsayarsak, 4 paralel veri biti, veri hatları (D8 - D11) üzerinden alınır ve iletilir. HT-12D, motorları sürmek için bu sinyalleri yorumlayan motor sürücüsüne.

Yine, Rosc'un değerine dikkat edin. HT-12D'de de 15 ve 16 numaralı pinler arasında, bu pinler arasına Rosc adlı bir direnç bağlanarak etkinleştirilen dahili bir osilatör devresi vardır. Rosc için seçilen değer, besleme gerilimine bağlı olarak değişebilen osilatör frekansını gerçekten belirler. Rosc için uygun bir değerin seçilmesi, HT-12D'nin çalışması için çok önemlidir! İdeal olarak HT-12D'nin osilatör frekansı, HT-12E muadili olanın 50 katı olmalıdır. Bu nedenle 5V üzerinde çalıştığımız için HT-12E ve HT-12D devreleri için Rosc olarak sırasıyla 1MΩ ve 51kΩ dirençleri seçtik. Devreleri farklı bir besleme voltajında çalıştırmayı planlıyorsanız, kullanılacak tam osilatör frekansını ve direnci belirlemek için ekteki HT-12D veri sayfasının 5. sayfasındaki "Osilatör Frekansı - Besleme Voltajı" grafiğine bakın.

Ayrıca, RF alıcısı için dişi başlıkları da unutmayın.

İsteğe bağlı olarak, HT-12D'nin 4 veri pininin her birine bir 330Ω akım sınırlama direnci aracılığıyla bir LED bağlanabilir, böylece o pinde alınan bitin belirlenmesine yardımcı olur. Alınan bit YÜKSEK (1) ise LED yanar ve alınan bit DÜŞÜK (0) ise söner. Alternatif olarak, HT-12D'nin VT pinine (yine bir 330Ω akım sınırlama direnci aracılığıyla) tek bir LED bağlanabilir ve bu, geçerli bir iletim durumunda yanabilir.

Şimdi, birinci adımda bahsettiğim motorlarla ilgili hileyi arıyorsanız, bu çok kolay! İkinci şemada gösterildiği gibi her bir setteki iki motoru paralel olarak bağlayın. Bu, olması gerektiği gibi çalışır, çünkü her setteki motorlar (soldaki ön ve arka motorlar ve sağdaki ön ve arka motorlar) asla zıt yönlerde sürülmez. Yani geziciyi sağa döndürmek için soldaki ön ve arka motorların hem ileri hem de sağdaki ön ve arka motorların geriye doğru sürülmesi gerekir. Benzer şekilde, gezicinin sola dönmesi için soldaki ön ve arka motorların her ikisi de geriye doğru sürülmeli ve sağdaki ön ve arka motorların her ikisi de ileri sürülmelidir. Bu nedenle, bir setteki her iki motoru da aynı voltaj çiftinde beslemek güvenlidir. Ve bunu yapmanın yolu, motorları paralel olarak bağlamaktır.

Adım 4: Kod Üzerine

Geziciyi çalışır duruma getirmek için yapılacak tek bir şey kaldı. Evet, doğru tahmin ettiniz! (Umarım yapmışsınızdır) Hala ivmeölçer okumalarını motor sürücüsünün motorları sürebilmek için yorumlayabileceği bir forma çevirmemiz gerekiyor. İvmeölçer okumalarının analog olduğunu ve motor sürücüsünün dijital sinyaller beklediğini düşünüyorsanız, teknik olarak değil, bir çeşit ADC uygulamamız gerekecek, ancak yapmamız gereken bu. Ve oldukça basit.

Bir ivmeölçerin lineer bir eksen boyunca yerçekimi ivmesini ölçtüğünü ve bu ivmenin toprak ile besleme gerilimi arasında dalgalanan bir gerilim seviyesi olarak temsil edildiğini ve mikrodenetleyicimizin 0 ile 1023 arasında değişen bir analog değer olarak okuduğunu biliyoruz. İvmeölçeri 3.3V'da çalıştırırken, 10-bit ADC (bir Arduino'daki ATmeaga'ya entegre olarak gelir) için analog referansı 3.3V'a ayarlamamız önerilir. Sadece işleri daha basit hale getirecek; bununla birlikte, yapmamış olsak bile küçük deneyimiz için pek bir önemi olmayacak (kodu biraz değiştirmemiz gerekecek). Ancak bunu yapmak için, Arduino'daki AREF pinini (ATmega'daki pin 21) 3.3V'a bağlarız ve bu değişikliği analogReference(EXTERNAL) çağırarak kodda gösteririz.

Şimdi, ivmeölçeri düz ve analog olarak yerleştirdiğimizde, x ve y eksenleri boyunca ivmeyi okuyun (hatırlayın? Sadece bu iki eksene ihtiyacımız var), yaklaşık 511 (yani 0 ile 1023 arasında yarı yolda) bir değer elde ederiz, ki bu sadece bir bu eksenler boyunca 0 ivme olduğunu söylemenin yolu. Gerçeğin ayrıntılarını kazmak yerine, bunu bir grafikteki x ve y eksenleri olarak hayal edin, 511 değeri orijini ve 0 ve 1023 uç noktaları şekilde gösterildiği gibi; ivmeölçeri, pimleri aşağı bakacak ve size daha yakın tutulacak şekilde yönlendirin, aksi takdirde eksenleri ters çevirebilir/değiştirebilirsiniz. Bu, ivmeölçeri sağa yatırırsak x ekseni boyunca 511'den büyük bir değer okumamız gerektiği ve ivmeölçeri sola yatırırsak x ekseni boyunca 511'den daha düşük bir değer almamız gerektiği anlamına gelir.. Benzer şekilde ivmeölçeri öne doğru eğersek y ekseni boyunca 511'den büyük bir değer okumalı, ivmeölçeri geriye doğru yatırırsak y ekseni boyunca 511'den küçük bir değer okumalıyız. Ve kodda, gezicinin sürülmesi gereken yönü bu şekilde çıkarıyoruz. Ancak bu aynı zamanda, her iki eksen boyunca bir 511 okuyabilmek için ivmeölçeri gerçekten sabit tutmamız ve düz bir yüzeye paralel olarak hizalamamız gerektiği anlamına gelir. gezicinin hareketsiz park etmesi için. Bu görevi biraz kolaylaştırmak için, şekilde gösterildiği gibi, bir sınır oluşturan belirli eşikler tanımlarız, böylece gezici x ve y okumaları sınırlar içinde kaldığı sürece hareketsiz kalır ve gezicinin kesinlikle ayarlanması gerektiğini biliyoruz. eşik aşıldığında hareket eder.

Örneğin, y ekseni 543'ü gösteriyorsa, ivmeölçerin öne doğru eğildiğini biliyoruz, bu nedenle geziciyi ileriye doğru yönlendirmemiz gerekir. Bunu, D2 ve D4 HIGH pinlerini ve D3 ve D5 LOW pinlerini ayarlayarak yapıyoruz. Şimdi, bu pinler doğrudan HT-12E'ye bağlı olduğundan, sinyaller serileştirilir ve RF vericisine ateşlenir, yalnızca gezici üzerinde oturan RF alıcısı tarafından yakalanır, bu da HT-12D'nin yardımıyla sinyalleri seri hale getirir ve bunları L293D'ye iletir, bu da bu sinyalleri yorumlayarak motorları ileri doğru hareket ettirir.

Yine de hassasiyeti kalibre etmek için bu eşikleri değiştirmek isteyebilirsiniz. Bunu yapmanın kolay bir yolu, ivmeölçerinizi Arduino'nuza basitçe bağlamak ve x ve y okumalarını seri monitöre yayan bir çizim yapmaktır. Şimdi ivmeölçeri biraz hareket ettirin, okumalara göz atın ve eşiklere karar verin.

Ve bu kadar! Kodu Arduino'nuza yükleyin ve keyfini çıkarın !! Ya da belki o kadar erken değil:-(Bonus bölümünü atlamadıysanız, kodu ATmega'nıza yüklemek biraz daha fazla iş anlamına gelir. İki seçeneğiniz var:

Seçenek A: FTDI FT232 temel devre kartı gibi bir USB - Seri cihaz kullanın. Aşağıdaki eşleştirmeye göre, TTL başlığından ATmega'daki ilgili pinlere giden kabloları çalıştırmanız yeterlidir:

Koparma Panosundaki Pimler	Mikrodenetleyicideki Pinler
DTR/GRN	0.1µF kapak aracılığıyla RST/Sıfırlama (Pin 1)
Rx	Tx (Pim 3)
Tx	Rx (Pim 2)
Vcc	+5v Çıkış
CTS	(kullanılmamış)
Gnd	Zemin

Şimdi, bir USB kablosunun bir ucunu devre kartına ve diğer ucunu PC'nize takın ve normalde yaptığınız gibi kodu yükleyin: Arduino IDE'yi başlatın, uygun bir seri bağlantı noktası seçin, kart tipini ayarlayın, taslağı derleyin ve yükle'ye basın..

B Seçeneği: Bir yerde bir UNO varsa, bir UNO kullanın. Sadece ATmega'nızı UNO'ya takın, kodu normalde yaptığınız gibi yükleyin, IC'yi dışarı çekin ve verici devresine geri itin. Çocuk oyuncağı!

ATmega'nızda önyükleyiciyi elden önce yakmak için yeterince akıllı olduğunuzu varsayarsak, ya da ilk etapta önyükleyici yüklü bir ATmega satın almak için daha akıllıysanız, bu seçeneklerden herhangi biri çalışmalıdır. Değilse, devam edin ve burada belirtilen adımları izleyerek yapın.

Anddd, resmi olarak işimiz bitti! Umarım bu tuhaf uzun talimattan hoşlanmışsınızdır. Şimdi, devam edin, henüz bitirmediyseniz gezicinizi inşa etmeyi bitirin, onunla bir süre oynayın ve aşağıdaki yorumlar bölümünü sorgular ve/veya yapıcı eleştirilerle doldurmak için geri gelin.

Teşekkürler

not Bitmiş projenin herhangi bir resmini yüklemememin nedeni, kendim tamamlamamış olmam. Bunu inşa etmenin yarısında, hız kontrolü, engellerden kaçınma ve belki de gezici üzerinde bir LCD gibi bazı geliştirmeler düşündüm, bu aslında hem verici hem de alıcı uçlarda bir mikro denetleyici kullanırsak o kadar da zor değil. Ama neden zor yoldan yapmıyorsun?! Bu yüzden şu anda bu yönde çalışıyorum ve meyve verir vermez bir güncelleme yayınlayacağım. Ancak, önceki projelerimden birinden modüller kullanarak oluşturduğum hızlı bir prototip yardımıyla kodu ve tasarımı test ettim; videoya buradan göz atabilirsiniz.