Desain PCB untuk Robot yang Dikendalikan Ponsel: 10 Langkah

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Terakhir diubah: 2024-01-30 09:55

Saya melakukan proyek ini pada tahun 2012 sebagai proyek kecil saya. Proyek ini diilhami oleh perlunya suatu metode untuk menetralisir ancaman tanpa campur tangan langsung manusia. Saat itu, negara saya sedang dilanda kekerasan yang memotivasi saya untuk mengembangkan dan mengembangkan kendaraan robot sederhana yang dapat dioperasikan oleh ponsel apa pun. Robot dikendalikan melalui frekuensi audio DTMF yang memungkinkannya memiliki jangkauan operasional yang lebih luas bahkan dalam jaringan 2G. Dalam instruksi ini, saya akan lebih fokus pada desain PCB.

Perlengkapan

Dekoder DTMF M8870

89C51Mikrokontroler

Pengemudi Motor L293D

Motor DC

Sasis mobil robot

Telepon selular

5v Catu daya teregulasi

Langkah 1: Struktur Dasar

Mari kita periksa struktur dasar robot.

Handset seluler yang ditampilkan di sana digunakan untuk mengendalikan robot. Kami membuat panggilan ke handset yang ditempatkan di dalam robot, robot kemudian secara otomatis menerima panggilan dan kemudian kami harus menekan setiap tombol untuk mengontrol gerakan robot, yang dikendalikan dengan bantuan mikrokontroler yang terkait dengannya. Robot dapat direset dengan bantuan sakelar reset eksternal. Setiap sakelar dialokasikan untuk setiap operasi. Ketika tombol yang sesuai dengan gerakan robot ditekan, dekoder DTMF akan memecahkan kode nada yang dihasilkan di penerima dan mengirimkan kode biner ke mikrokontroler. Mikrokontroler diprogram sedemikian rupa sehingga ketika kode biner yang sesuai dengan gerakan terdeteksi, mikrokontroler akan memberikan input biner yang sesuai ke driver motor. Pengemudi motor akan menginterpretasikan sinyal dan akan memberikan motor tegangan yang sesuai sehingga mengubahnya dan memutar motor ke arah yang sesuai.

Langkah 2: DEKODER DTMF

M8870 adalah Penerima DTMF lengkap yang mengintegrasikan fungsi filter split band dan decoder ke dalam paket DIP atau SOIC 18-pin tunggal. Diproduksi menggunakan teknologi proses CMOS, M-8870 menawarkan konsumsi daya yang rendah (maks 35 mW) dan penanganan data yang presisi. Bagian filternya menggunakan teknologi kapasitor yang diaktifkan untuk filter grup tinggi dan rendah dan untuk penolakan nada panggil. Dekodernya menggunakan teknik penghitungan digital untuk mendeteksi dan mendekode semua 16 pasangan nada DTMF menjadi kode 4-bit. Jumlah komponen eksternal diminimalkan dengan penyediaan penguat input diferensial on-chip, generator jam, dan bus antarmuka tri-status latched. Komponen eksternal minimal yang diperlukan termasuk kristal burst warna 3,579545 MHz yang murah, resistor pengatur waktu, dan kapasitor pengatur waktu. M-8870-02 menyediakan opsi “mematikan” yang, jika diaktifkan, menurunkan konsumsi hingga kurang dari 0,5 mW. M-8870-02 juga dapat menghambat decoding digit kolom keempat.

Fitur M8870:

• Penerima DTMF Lengkap
• Konsumsi daya rendah (35mw)
• Penguat pengaturan penguatan internal
• Akuisisi dan waktu rilis yang dapat disesuaikan
• Kualitas kantor pusat
• Mode matikan (5mw)
• Catu daya 5 Volt tunggal
• Penekan nada panggil
• Menghambat mode

Teknik DTMF mengeluarkan representasi berbeda dari 16 karakter alfanumerik umum (0-9, A-D, *, #) di telepon. Frekuensi terendah yang digunakan adalah 697 Hz dan frekuensi tertinggi yang digunakan adalah 1633Hz. Papan tombol DTMF diatur sedemikian rupa sehingga setiap baris akan memiliki frekuensi nada yang unik dan juga setiap kolom akan memiliki frekuensi nada yang unik. Di atas adalah representasi dari keypad DTMF khas dan frekuensi baris/kolom terkait. Dengan menekan tombol, misalnya 5, akan menghasilkan nada ganda yang terdiri dari 770 Hz untuk grup rendah dan 1336 Hz untuk grup tinggi.

Langkah 3: 89C51 MIKROKONTROLER

Mikrokontroler yang kami gunakan disini adalah AT89C51. AT89C51 adalah mikrokomputer 8-bit CMOS berdaya rendah dan berkinerja tinggi dengan 8K byte Flash yang dapat diprogram dan memori hanya-baca (PEROM) yang dapat dihapus. Perangkat ini diproduksi menggunakan teknologi memori non-volatil berdensitas tinggi Atmel dan kompatibel dengan set instruksi dan pinout 80C51 dan 80C52 standar industri. Ini adalah unit pengontrol yang dapat diprogram sesuai kebutuhan. Dalam proyek ini, ia menerima kode biner yang sesuai dengan nada yang terdeteksi diterima dan kode biner untuk menggerakkan motor akan dikirim ke IC driver.

Fitur:

• produk ATMEL
• Mirip dengan 8051
• mikrokontroler 8-bit
• Menggunakan memori EPROM atau FLASH
• Beberapa waktu yang dapat diprogram (MTP)

ATMEL89C51 memiliki total 40 pin yang didedikasikan untuk berbagai fungsi seperti I/O, RD, WR, alamat dan interupsi. Dari 40 pin, sebanyak 32 pin disisihkan untuk empat port P0, P1, P2, dan P3, dimana masing-masing port membutuhkan 8 pin. Sisa pin ditetapkan sebagai Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA, dan PSEN. Semua pin ini kecuali PSEN dan ALE digunakan oleh semua anggota keluarga 8051 dan 8031.

Langkah 4: PENGEMUDI MOTOR L293D

Kedua motor tersebut digerakkan dengan menggunakan IC driver motor L293D. L293D adalah IC driver motor dua arah setengah H-jembatan empat kali lipat yang dapat menggerakkan arus hingga 600mA dengan rentang tegangan 4,5 hingga 36 volt. Sangat cocok untuk menggerakkan motor DC-Geared kecil, motor stepper bipolar, dll.

Fitur L293D:

• Kemampuan arus keluaran 600ma per saluran
• 1.2A arus keluaran puncak (tidak berulang) per saluran
• Aktifkan FasilitasPerlindungan suhu berlebih
• Tegangan input “0” logis hingga 1,5 v (Imunitas Kebisingan Tinggi)
• Dioda penjepit internal

L293D adalah drive setengah H arus tinggi empat kali lipat. L293D dirancang untuk menyediakan arus penggerak dua arah hingga 600 mA pada tegangan dari 4,5V hingga 36 V. Kedua penggerak dirancang untuk menggerakkan beban induktif seperti relai, solenoida, DC dan motor stepper bipolar, serta arus tinggi/ beban tegangan tinggi dalam aplikasi suplai positif. L293D terdiri dari empat input dengan amplifier dan sirkuit perlindungan output. Drive diaktifkan secara berpasangan, dengan drive 1& 2 diaktifkan oleh 1, 2 EN dan drive 3 &4 diaktifkan oleh 3, 4 EN. Ketika input aktifkan tinggi, driver terkait diaktifkan dan outputnya aktif dan sefase dengan inputnya.

Langkah 5: Unit Catu Daya

Baterai DC tugas rendah dilengkapi dengan peringkat tegangan yang sesuai 5V-9V dan arus maks. 1000mA. Untuk mendapatkan tegangan DC yang diatur, digunakan pengatur tegangan. IC pengatur tegangan tersedia dengan tegangan keluaran tetap (biasanya 5, 12 dan 15V) atau variabel. Mereka juga dinilai oleh arus maksimum yang bisa mereka lewati. Regulator tegangan negatif tersedia, terutama untuk digunakan dalam suplai ganda. Kebanyakan regulator menyertakan beberapa perlindungan otomatis dari arus berlebih ('perlindungan kelebihan beban') dan panas berlebih ('perlindungan termal'). Banyak IC regulator tegangan tetap memiliki 3 lead dan terlihat seperti transistor daya, seperti regulator 7805 (+5V, 1A) yang ditunjukkan di sebelah kanan. Mereka termasuk lubang untuk memasang heat sink jika perlu.

Langkah 6: Pemrograman

Perangkat lunak Keil uVision digunakan untuk mengembangkan program untuk 89C51 dan Orcad Capture / Layout digunakan untuk merancang dan membuat PCB custom made kami.

Semua jenis seri MT8870 menggunakan teknik penghitungan digital untuk mendeteksi dan mendekode semua 16 pasangan nada DTMF menjadi keluaran kode 4-bit. Sirkuit penolakan nada panggil built-in menghilangkan kebutuhan untuk pra-pemfilteran saat

sinyal input diberikan pada pin 2 (IN-) dalam konfigurasi input ujung tunggal diakui efektif, sinyal decode 4-bit yang benar dari nada DTMF ditransfer melalui Q1(pin11) melalui Q4(pin 14) output ke pin input P1.0(pin 1) ke P1.3(pin 4) dari port 1 dari IC 89C51. AT89C51 adalah unit pengendali. Dalam proyek ini, ia menerima kode biner yang sesuai dengan nada yang terdeteksi diterima dan kode biner untuk menggerakkan motor akan dikirim ke IC driver. Output dari pin port P2.0 hingga P2.3 dari mikrokontroler diumpankan ke input IN1 hingga IN4 dari driver motor L293D, masing-masing, untuk menggerakkan dua motor DC bergigi. Sakelar reset manual juga digunakan. Keluaran mikrokontroler tidak cukup untuk menggerakkan motor DC, sehingga diperlukan penggerak arus untuk putaran motor. L293D terdiri dari empat driver. Pin IN1 melalui IN4 dan out1 sepanjang 4 adalah pin input dan output, masing-masing, dari driver1 ke driver4.

Langkah 7: Program

ORG 000H

MULAILAH:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

L1: MOV A, P1

CJNE A, #04H, L2

MOV A, #0AH

MOV P2, A

LJMP L1

L2: CJNE A, #01H, L3

MOV A, #05H

MOV P2, A

LJMP L1

L3: CJNE A, #0AH, L4

MOV A, #00H

MOV P2, A

LJMP L1

L4: CJNE A, #02H, L5

MOV A, #06H

MOV P2, A

LJMP L1

L5: CJNE A, #06H, L1

MOV A, #09H

MOV P2, A

LJMP L1

AKHIR

Langkah 8: FABRIKASI PCB

Pembuatan PCB diselesaikan dalam 4 langkah:

1. Perancangan tata letak komponen

2. Perancangan tata letak PCB

3. Pengeboran

4. Menggores PCB

Komponen PCB diatur menggunakan perangkat lunak Orcad Capture dan diimpor ke Orcad Layout untuk mendesain koneksi. Tata letak itu kemudian dicerminkan untuk dicetak ke papan tembaga yang sudah dibersihkan. Setelah pencetakan (kami menggunakan printer berbasis pewarna bubuk untuk mencetak tata letak ke kertas putih dan menggunakan kotak besi untuk memanaskan dan mentransfer kesan ke permukaan papan tembaga. Tembaga ekstra diukir menggunakan larutan besi klorida dan sejumlah kecil asam klorida digunakan sebagai katalis. Setelah papan tergores dengan benar, lubang dibor menggunakan bor PCB genggam. Komponen dibeli dan disolder dengan hati-hati ke papan. Sedangkan untuk IC, standoffs terlebih dahulu disolder di mana IC ditempatkan.

Langkah 9: Pengujian

Agar robot bekerja seperti yang diharapkan, kami mengaktifkan penjawab otomatis pada handset seluler NokiaC1-02 yang kami gunakan sebagai penerima pada robot. Jadi setiap kali ada yang menghubungi nomor itu, ponselnya otomatis menjawab. Ketika pemanggil menekan sakelar nada, handset penerima menerimanya dan mengirimkannya ke dekoder DTMF melalui audio out. Dekoder menerjemahkan kunci yang ditekan dan memberi tahu mikrokontroler 89C51. Mikrokontroler kemudian mengeluarkan perintah kontrol yang sesuai untuk robot melalui driver motor.

Langkah 10: Referensi

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