Lunokhod với điều khiển vi điều khiển

Thư viện kỹ thuật miễn phí

ENCYCLOPEDIA VỀ ĐIỆN TỬ TRUYỀN THANH VÀ KỸ THUẬT ĐIỆN
Thư viện miễn phí / Sơ đồ của các thiết bị vô tuyến-điện tử và điện

Lunokhod với điều khiển vi điều khiển. Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện

Thư viện kỹ thuật miễn phí

Bách khoa toàn thư về điện tử vô tuyến và kỹ thuật điện / Bộ vi điều khiển

Bình luận bài viết

Thiết bị được mô tả được phát triển để chứng minh khả năng của hệ thống phần cứng và phần mềm trong việc điều khiển các vật thể chuyển động. Đối tượng là một món đồ chơi trẻ em “máy thám hiểm mặt trăng” có điều khiển từ xa có dây, được điều khiển bởi hai động cơ điện DC và cho phép mỗi động cơ được điều khiển riêng biệt. Khi bật nguồn, mô hình bắt đầu di chuyển về phía trước. Đồng thời, bộ phát và bộ thu bức xạ hồng ngoại dạng xung gắn trong đó sẽ được bật. Chuyển động tiếp tục cho đến khi cường độ tín hiệu IR phản xạ vượt quá ngưỡng đã đặt, điều này cho thấy có chướng ngại vật trên đường đi. Khi điều này xảy ra, mô hình sẽ quay lại cho đến khi tín hiệu phản xạ giảm xuống dưới ngưỡng này, sau đó nó tiếp tục di chuyển về phía trước, v.v.

Sơ đồ của tổ hợp phần cứng và phần mềm để điều khiển mô hình Lunokhod được thể hiện trong hình. Cơ sở của nó là bộ vi điều khiển CMOS (MCU) tám bit hiệu quả về mặt chi phí AT90S2313 (DD1), được xây dựng bằng kiến trúc RISC AVR tiên tiến. Tần số xung nhịp được đặt bởi bộ cộng hưởng thạch anh ZQ1 ở tần số 5 MHz (có thể là bất kỳ tần số nào khác, lên đến 10 MHz). Một mạch gồm điện trở R13 và tụ điện C12 dùng để reset MK tại thời điểm bật nguồn. Đầu nối có thể tháo rời X1 được giới thiệu để kết nối và ngắt kết nối nhanh chóng MK và phần còn lại của thiết bị, cũng như để kết nối MK với máy tính nhằm mục đích cập nhật chương trình hoặc chẩn đoán hoạt động.

(bấm vào để phóng to)

Ngoài bộ vi điều khiển, thiết bị còn có bộ phát bức xạ hồng ngoại dạng xung (VT4, VD2), bộ thu bức xạ phản xạ bởi chướng ngại vật, bao gồm photodiode VD1, bộ khuếch đại hai tầng (VT1, VT2) và bộ dò đồng bộ (VT3). ), và 1 công tắc điện tử (1VT1 - 3VT4,.., 1VT4 - 3VT1500). Thiết bị được cung cấp năng lượng bởi pin gồm 1 viên pin Ni-Cd cỡ C có dung lượng XNUMX mAh, được lắp trong ngăn được cung cấp trên model. Điện áp cung cấp của vi điều khiển và bộ thu bức xạ hồng ngoại được duy trì bằng bộ ổn áp vi mạch DAXNUMX không thay đổi.

Trong quá trình hoạt động, các xung có tần số lặp lại khoảng 0 Hz được nhận từ đầu ra của cổng PD4 đến đế của bóng bán dẫn VT1220. Do đó, nó mở định kỳ và đèn LED VD2 được kết nối với mạch thu của nó tạo ra bức xạ hồng ngoại xung ở tần số xác định theo hướng chuyển động của mô hình. Điện trở R7 hạn chế dòng điện qua điểm nối cực phát của bóng bán dẫn và bảo vệ đầu ra của cổng MK khỏi bị hư hỏng khi điểm nối này bị hỏng. Dòng điện tối đa qua đèn LED bị giới hạn bởi điện trở R9.

Bức xạ hồng ngoại phản xạ bởi chướng ngại vật được cảm nhận bởi photodiode VD1, được mắc song song với điện trở R2, qua đó thực hiện phản hồi dòng điện một chiều, bao phủ bộ khuếch đại hai tầng trên bóng bán dẫn VT1, VT2. Các xung điện áp từ bộ thu của bóng bán dẫn VT2 được cung cấp cho máy dò đồng bộ được chế tạo trên bóng bán dẫn hiệu ứng trường VT3. Công dụng của nó là do trong quá trình hoạt động của bộ định vị, điện trở R3 không chỉ tạo ra các dao động có tần số khoảng 1220 Hz mà còn tạo ra các xung có tần số 100 Hz từ đèn sợi đốt, cũng như nhiễu ngẫu nhiên trong cả hai vùng nhìn thấy được. và dải IR của quang phổ. Mức độ nhiễu này thường tương xứng với mức bức xạ hồng ngoại do chướng ngại vật phản xạ và nếu không thực hiện các biện pháp đặc biệt, điều này có thể dẫn đến việc phát hiện chướng ngại vật giả. Để ngăn chặn những lỗi như vậy, một máy dò đồng bộ đã được sử dụng. Đầu vào của nó (cổng của bóng bán dẫn VT3) được kết nối vào cùng một cổng (DO) với đầu vào máy phát, do đó, đồng bộ với các đèn nhấp nháy của đèn LED VD2, bóng bán dẫn VT3 mở ra, kết nối đầu ra của bộ khuếch đại trên các bóng bán dẫn VT1, VT2 thành một của các đầu vào của bộ so sánh MK (PB0/AIN0 ). Điện áp tham chiếu ở đầu vào khác của nó được đặt bằng điện trở R12 đã điều chỉnh, từ đó điều chỉnh độ nhạy của thiết bị với tín hiệu phản xạ.

Hoạt động của động cơ điện mẫu MK được điều khiển bằng phím điện tử S1 - S4. Hãy xem xét hoạt động của một trong số chúng, chẳng hạn như hoạt động đầu tiên (những hoạt động khác hoạt động tương tự). Khi điện áp đầu vào nhỏ hơn 0,6 V (log 0), các bóng bán dẫn 1VT1 và 1VT3 đóng, 1VT2 mở, do đó điện áp ở đầu ra và đầu cực của động cơ M1 nối với nó gần bằng điện áp nguồn điện. pin GB1. Cung cấp khóa cấp nhật ký cho đầu vào. 1 làm cho bóng bán dẫn 1VT1 mở, do đó 1VT2 đóng và 1VT3 mở và điện áp đầu ra trở nên gần bằng 0. Điện trở 1R1 giới hạn dòng điện mà phím tiêu thụ từ đầu ra MK ở giá trị khoảng 3 mA, nhỏ hơn đáng kể hơn dòng điện đầu ra cho phép (20 mA ở mức nhật ký 0 và 10 mA ở mức nhật ký 1). Điện trở của điện trở 1R2 được chọn sao cho một mặt đảm bảo đủ dòng điện ra của công tắc khi 1VT2 mở, mặt khác để dòng điện qua Transistor hở 1VT1 không quá lớn. .

Do động cơ điện được sử dụng trong mô hình này tiêu thụ dòng điện rất cao (khoảng 600 mA) và tạo ra nhiễu xung lực mạnh nên chúng phải được thay thế bằng động cơ DPB-902 tiết kiệm hơn và ít tạo tiếng ồn hơn. Cũng có thể sử dụng các động cơ cổ góp khác từ máy ghi băng và máy ghi băng vô tuyến.

Để quản lý chìa khóa điện tử, bốn chữ số có nghĩa nhất của cổng B được sử dụng: PB7, PB6, PB5 và PB4. Hoạt động của bộ phát hồng ngoại được điều khiển bởi chữ số có nghĩa nhỏ nhất của cổng D - PD0, hai chữ số có nghĩa nhỏ nhất của cổng B (PB0 và PB1) được cấu hình và sử dụng tương ứng làm đầu vào trực tiếp và nghịch đảo của bộ so sánh tương tự.

Như có thể thấy trên sơ đồ, để bật động cơ điện M1 chẳng hạn, cần phải mở một trong các phím S1, S2 và đóng phím còn lại. Nếu bạn mở hoặc đóng cả hai phím thì điện áp ở đầu ra của chúng sẽ giống nhau nên điện áp trên động cơ điện sẽ bằng 0. Nếu bạn mở phím S1 và đóng S2 thì động cơ bên trái (theo sơ đồ) thiết bị đầu cuối sẽ được kết nối với cực dương của pin,

và bên phải - với điểm trừ của nó, và nó sẽ bắt đầu quay theo một hướng. Ngược lại, nếu bạn mở S2 và đóng S1, cực tính của kết nối động cơ sẽ bị đảo ngược và nó sẽ bắt đầu quay theo hướng ngược lại. Việc kích hoạt phần mềm được thực hiện bằng cách ghi vào cổng B các hằng số được chỉ ra trong bảng. 1.

Lunokhod với điều khiển vi điều khiển

Việc điều khiển phần mềm của bộ phát bức xạ hồng ngoại được thực hiện bằng cách ghi một số nhất định vào cổng D của MK. Nếu bit có trọng số nhỏ nhất của số này là 0 thì đèn LED VD2 tắt và nếu là 1 thì đèn LED sẽ bật. Những thay đổi liên tiếp về giá trị của bit này dẫn đến sự xuất hiện của mức chiếu sáng dao động trong phần IR của quang phổ phía trước mô hình. Mức bức xạ phản xạ được ghi lại bằng cảm biến quang và khi nó tăng lên, người ta sẽ đưa ra giả định về sự hiện diện của chướng ngại vật phía trước.

Điểm đặc biệt của chương trình là thuật toán điều khiển nằm trong bộ xử lý hẹn giờ MK. Điều này là do cần phải chuyển đổi đèn LED phát ra với tần số không đổi nhất định và để đơn giản hóa chương trình, thuật toán điều khiển được đặt ở đó. Sau khi có tín hiệu đặt lại tại thời điểm bật nguồn, MK bắt đầu thực hiện chương trình từ dấu Bắt đầu. Trong phần này của chương trình, việc khởi tạo ban đầu ngăn xếp, các thanh ghi, cổng đầu vào/đầu ra B và D, bộ so sánh tương tự, bộ định thời 8 bit được thực hiện, tốc độ lặp lại xung cho bộ định thời được đặt thành CK/5 (SC là tần số xung nhịp XNUMX MHz) và xử lý ngắt khi tràn bộ đếm thời gian.

Vì bộ đếm thời gian tràn mỗi khi có 256 (28) xung đến nên bộ xử lý ngắt được gọi là 2441 lần mỗi giây. Kết quả là đèn LED phát ra sẽ chuyển đổi ở tần số khoảng 1221 Hz. Việc phân tích tín hiệu phản xạ nhận được được thực hiện cứ sau 20 chu kỳ hẹn giờ, tức là với tần số 122 Hz.

Thuật toán điều khiển hoạt động như sau. Thanh ghi r24 được sử dụng làm bộ đếm có phạm vi giá trị từ 0 đến 240. Ở mỗi lần kiểm tra, nếu có chướng ngại vật và giá trị của bộ đếm nhỏ hơn 240, nó sẽ tăng thêm 1 và nếu không có chướng ngại vật, nó được giảm đi một lượng tương tự cho đến khi bằng 0. Hơn nữa, khi Giá trị của bộ đếm từ 0 đến 16 đưa ra lệnh di chuyển về phía trước, từ 17 đến 31 - dừng lại và từ 32 đến 240 - quay lại. Thuật toán này cho phép bạn tránh cảnh báo sai và tăng khả năng tránh hoàn toàn chướng ngại vật (chuyển hướng của mô hình vẫn tiếp tục trong một thời gian ngay cả sau khi nó biến mất).

Thanh ghi r27 chứa bộ đếm vòng quay, theo đó mỗi vòng quay thứ hai được thực hiện theo hướng ngược lại với vòng quay trước đó và thanh ghi r18 chứa bộ đếm cho thuật toán điều khiển động cơ điện. Nó tuần tự nhận các giá trị từ 0 đến 3 với mỗi lệnh gọi ngắt. Tại O động cơ bên phải tắt và tại 2 động cơ bên trái tắt. Do đó, dòng điện tiêu thụ từ pin giảm, điều này làm tăng tuổi thọ pin của model từ lần sạc pin này sang lần sạc pin khác.

Mã chương trình ở dạng tệp hex được đưa ra trong bảng. 2.

Toàn văn chương trình bằng hợp ngữ

(bấm vào để phóng to)

Thiết lập thiết bị rất dễ dàng. Đầu tiên, sau khi tắt bộ vi điều khiển bằng cách ngắt kết nối các bộ phận của đầu nối X1, thay pin và đóng các tiếp điểm của công tắc Q1, đo điện áp ở đầu ra của bộ ổn định DA1. Sau đó, bằng cách kết nối máy hiện sóng với cực thoát của bóng bán dẫn VT3 và chiếu sáng điốt quang bằng một số nguồn bức xạ hồng ngoại (ví dụ: điều khiển từ xa của TV hoặc VCR), họ tin chắc rằng bộ tách sóng quang đang hoạt động.

Các bộ phận còn lại không cần điều chỉnh nếu sử dụng các bộ phận có thể bảo trì được và không có lỗi lắp đặt. Cuối cùng, kết nối MK (đã tắt nguồn) và kiểm tra toàn bộ chức năng của thiết bị. Độ nhạy của bộ tách sóng quang, nếu cần, được điều chỉnh bằng điện trở cắt R12.

Tác giả: P. Chechet, Vasilevichi, vùng Gomel, Belarus

Xem các bài viết khác razdela Bộ vi điều khiển.

Đọc và viết hữu ích bình luận về bài viết này.

<< Quay lại

Tin tức khoa học công nghệ, điện tử mới nhất:

Máy tỉa hoa trong vườn 02.05.2024

Trong nền nông nghiệp hiện đại, tiến bộ công nghệ đang phát triển nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình chăm sóc cây trồng. Máy tỉa thưa hoa Florix cải tiến đã được giới thiệu tại Ý, được thiết kế để tối ưu hóa giai đoạn thu hoạch. Công cụ này được trang bị cánh tay di động, cho phép nó dễ dàng thích ứng với nhu cầu của khu vườn. Người vận hành có thể điều chỉnh tốc độ của các dây mỏng bằng cách điều khiển chúng từ cabin máy kéo bằng cần điều khiển. Cách tiếp cận này làm tăng đáng kể hiệu quả của quá trình tỉa thưa hoa, mang lại khả năng điều chỉnh riêng cho từng điều kiện cụ thể của khu vườn, cũng như sự đa dạng và loại trái cây được trồng trong đó. Sau hai năm thử nghiệm máy Florix trên nhiều loại trái cây khác nhau, kết quả rất đáng khích lệ. Những nông dân như Filiberto Montanari, người đã sử dụng máy Florix trong vài năm, đã báo cáo rằng thời gian và công sức cần thiết để tỉa hoa đã giảm đáng kể. ... >>

Kính hiển vi hồng ngoại tiên tiến 02.05.2024

Kính hiển vi đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu khoa học, cho phép các nhà khoa học đi sâu vào các cấu trúc và quá trình mà mắt thường không nhìn thấy được. Tuy nhiên, các phương pháp kính hiển vi khác nhau đều có những hạn chế, trong đó có hạn chế về độ phân giải khi sử dụng dải hồng ngoại. Nhưng những thành tựu mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản tại Đại học Tokyo đã mở ra những triển vọng mới cho việc nghiên cứu thế giới vi mô. Các nhà khoa học từ Đại học Tokyo vừa công bố một loại kính hiển vi mới sẽ cách mạng hóa khả năng của kính hiển vi hồng ngoại. Thiết bị tiên tiến này cho phép bạn nhìn thấy cấu trúc bên trong của vi khuẩn sống với độ rõ nét đáng kinh ngạc ở quy mô nanomet. Thông thường, kính hiển vi hồng ngoại trung bị hạn chế bởi độ phân giải thấp, nhưng sự phát triển mới nhất của các nhà nghiên cứu Nhật Bản đã khắc phục được những hạn chế này. Theo các nhà khoa học, kính hiển vi được phát triển cho phép tạo ra hình ảnh có độ phân giải lên tới 120 nanomet, cao gấp 30 lần độ phân giải của kính hiển vi truyền thống. ... >>

Bẫy không khí cho côn trùng 01.05.2024

Nông nghiệp là một trong những lĩnh vực quan trọng của nền kinh tế và kiểm soát dịch hại là một phần không thể thiếu trong quá trình này. Một nhóm các nhà khoa học từ Viện nghiên cứu khoai tây trung tâm-Hội đồng nghiên cứu nông nghiệp Ấn Độ (ICAR-CPRI), Shimla, đã đưa ra một giải pháp sáng tạo cho vấn đề này - bẫy không khí côn trùng chạy bằng năng lượng gió. Thiết bị này giải quyết những thiếu sót của các phương pháp kiểm soát sinh vật gây hại truyền thống bằng cách cung cấp dữ liệu về số lượng côn trùng theo thời gian thực. Bẫy được cung cấp năng lượng hoàn toàn bằng năng lượng gió, khiến nó trở thành một giải pháp thân thiện với môi trường và không cần điện. Thiết kế độc đáo của nó cho phép giám sát cả côn trùng có hại và có ích, cung cấp cái nhìn tổng quan đầy đủ về quần thể ở bất kỳ khu vực nông nghiệp nào. Kapil cho biết: “Bằng cách đánh giá các loài gây hại mục tiêu vào đúng thời điểm, chúng tôi có thể thực hiện các biện pháp cần thiết để kiểm soát cả sâu bệnh và dịch bệnh”. ... >>

Tin tức ngẫu nhiên từ Kho lưu trữ

Pin mặt trời IXOLAR 14.04.2003

Tập đoàn IXYS đã đề xuất một công nghệ pin mặt trời hiệu suất cao mới được gọi là IXOLAR.

Dòng linh kiện đầu tiên sử dụng công nghệ này, XOD-17 có các tấm 5 inch. Hiệu suất trong các tấm silicon này đạt từ 20% trở lên.

Tin tức thú vị khác:

▪ Bộ ổn định PWM với bộ tuần tự và tự động theo dõi

▪ Kim tiêm thông minh

▪ Tai nghe không dây thể thao Jaybird Run

▪ Nanocomposite trên graphene và silicon sẽ cải thiện pin lithium-ion

▪ Máy quay video Olympic

Nguồn cấp tin tức khoa học và công nghệ, điện tử mới

Tài liệu thú vị của Thư viện kỹ thuật miễn phí:

▪ phần của trang web Audiotechnics. Lựa chọn bài viết

▪ bài viết Bất cẩn. biểu hiện phổ biến

▪ bài báo Trong những điều kiện nào thì việc tháo một cuộn băng sẽ tạo ra tia X? đáp án chi tiết

▪ bài viết Vòng lặp điếc. Các lời khuyên du lịch