Lunokhod com controle de microcontrolador

Biblioteca técnica gratuita

ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA
Biblioteca gratuita / Esquemas de dispositivos radioeletrônicos e elétricos

Lunokhod com controle por microcontrolador. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica

Biblioteca técnica gratuita

Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Microcontroladores

Comentários do artigo

O dispositivo descrito foi desenvolvido para demonstrar as capacidades dos sistemas de hardware e software para controlar objetos em movimento. O objeto era um “rover lunar” de brinquedo infantil com controle remoto com fio, acionado por dois motores elétricos DC e permitindo que cada um deles fosse controlado separadamente. Quando a energia é ligada, o modelo começa a avançar. Ao mesmo tempo, o transmissor e o receptor de radiação IR pulsada montados nele são ligados. O movimento continua até que a intensidade do sinal IR refletido ultrapasse o limite definido, o que indica a presença de um obstáculo no caminho. Quando isso acontece, o modelo gira até que o sinal refletido caia abaixo desse limite, após o qual ele continua avançando, etc.

Um diagrama esquemático do complexo de hardware e software para controlar o modelo Lunokhod é mostrado na figura. Sua base é um microcontrolador CMOS (MCU) AT90S2313 (DD1) econômico de oito bits, construído usando a arquitetura RISC AVR avançada. A frequência do clock é definida pelo ressonador de quartzo ZQ1 em uma frequência de 5 MHz (pode ser qualquer outra, até 10 MHz). Um circuito de resistor R13 e capacitor C12 serve para zerar o MK no momento em que a energia é ligada. O conector destacável X1 é introduzido para conexão e desconexão rápida do MK e do restante do dispositivo, bem como para conectar o MK a um computador para fins de atualização de um programa ou diagnóstico de operação.

(clique para ampliar)

Além do microcontrolador, o dispositivo contém um transmissor de radiação IR pulsada (VT4, VD2), um receptor de radiação refletida por um obstáculo, composto por um fotodiodo VD1, um amplificador de dois estágios (VT1, VT2) e um detector síncrono (VT3 ) e quatro interruptores eletrônicos (1VT1 - 1VT3, .. ., 4VT1 - 4VT3). O aparelho é alimentado por uma bateria composta por quatro baterias Ni-Cd tamanho C com capacidade de 1500 mAh, instaladas no compartimento fornecido no modelo. A tensão de alimentação do microcontrolador e do receptor de radiação IR é mantida por um estabilizador de tensão do microcircuito DA1 inalterado.

Durante a operação, pulsos com frequência de repetição de cerca de 0 Hz são recebidos da saída da porta PD4 para a base do transistor VT1220. Como resultado, ele abre periodicamente e o LED VD2 conectado ao seu circuito coletor cria radiação IR pulsando em uma frequência especificada na direção do movimento do modelo. O resistor R7 limita a corrente através da junção emissora do transistor e protege a saída da porta MK contra danos quando esta junção quebra. A corrente máxima através do LED é limitada pelo resistor R9.

A radiação IR refletida pelo obstáculo é percebida pelo fotodiodo VD1, conectado em paralelo ao resistor R2, por meio do qual é realizada a realimentação em corrente contínua, abrangendo um amplificador de dois estágios nos transistores VT1, VT2. Pulsos de tensão do coletor do transistor VT2 são fornecidos a um detector síncrono feito no transistor de efeito de campo VT3. Sua utilização se deve ao fato de que durante a operação do localizador, o resistor R3 cria não apenas oscilações com frequência em torno de 1220 Hz, mas também pulsações com frequência de 100 Hz de lâmpadas incandescentes, além de interferências aleatórias tanto no visível e faixas IR do espectro. O nível desta interferência é muitas vezes proporcional ao nível de radiação infravermelha refletida pelo obstáculo e, se não forem tomadas medidas especiais, isso pode levar à detecção de um falso obstáculo. Para evitar tais erros, foi utilizado um detector síncrono. Sua entrada (porta do transistor VT3) é conectada à mesma porta (DO) da entrada do transmissor, portanto, em sincronia com os flashes do LED VD2, o transistor VT3 se abre, o que conecta a saída do amplificador nos transistores VT1, VT2 a um das entradas do comparador MK (PB0/AIN0 ). A tensão de referência na sua outra entrada é definida pelo resistor ajustado R12, ajustando assim a sensibilidade do dispositivo ao sinal refletido.

O funcionamento dos motores elétricos do modelo MK é controlado por meio de chaves eletrônicas S1 - S4. Consideremos o funcionamento de um deles, por exemplo, o primeiro (os demais agem de forma semelhante). Quando a tensão de entrada é inferior a 0,6 V (log 0), os transistores 1VT1 e 1VT3 estão fechados e 1VT2 está aberto, portanto a tensão na saída e no terminal do motor M1 conectado a ele fica próxima da tensão da fonte de alimentação bateria GB1. Fornecimento de uma chave de nível de log para a entrada. 1 faz com que o transistor 1VT1 abra, devido ao qual 1VT2 fecha, e 1VT3 abre e a tensão de saída fica próxima de 0. O resistor 1R1 limita a corrente consumida pela chave da saída MK a um valor de cerca de 3 mA, que é significativamente menor do que a corrente de saída permitida (20 mA no nível de registro 0 e 10 mA no nível de registro 1). A resistência do resistor 1R2 é selecionada de forma a, por um lado, garantir corrente de saída suficiente da chave quando 1VT2 estiver aberto e, por outro lado, para que a corrente através do transistor aberto 1VT1 não seja muito grande .

Como os motores elétricos utilizados no modelo consomem corrente muito elevada (cerca de 600 mA) e geram intenso ruído de impulso, eles tiveram que ser substituídos por motores DPB-902 mais econômicos e com menor ruído. Também é possível usar outros motores comutadores de gravadores e gravadores de rádio.

Para gerenciar as chaves eletrônicas são utilizados os quatro dígitos mais significativos da porta B: PB7, PB6, PB5 e PB4. O funcionamento do transmissor IR é controlado pelo dígito menos significativo da porta D - PD0, os dois dígitos menos significativos da porta B (PB0 e PB1) são configurados e são utilizados respectivamente como entradas direta e inversa do comparador analógico.

Como pode ser visto no diagrama, para ligar, por exemplo, o motor elétrico M1, é necessário abrir uma das chaves S1, S2 e fechar a outra. Se você abrir ou fechar ambas as chaves, as tensões em suas saídas serão as mesmas, portanto a tensão no motor elétrico será igual a 0. Se você abrir a chave S1 e fechar S2, o motor esquerdo (conforme diagrama) terminal será conectado ao positivo da bateria,

e o certo - com seu sinal negativo, e começará a girar em uma direção. Se, pelo contrário, abrir S2 e fechar S1, a polaridade da ligação do motor será invertida e este começará a rodar no sentido oposto. A ativação do software é realizada escrevendo na porta B as constantes indicadas na tabela. 1.

Lunokhod com controle de microcontrolador

O controle de software do transmissor de radiação IR é realizado escrevendo um determinado número na porta D do MK. Se o bit menos significativo deste número for 0, o LED VD2 está apagado e se for 1, está aceso. Mudanças consecutivas nos valores deste bit levam ao aparecimento de um nível de iluminação pulsante na parte IR do espectro à frente do modelo. O nível de radiação refletida é registrado por um fotossensor e, à medida que aumenta, supõe-se a presença de um obstáculo à frente.

A peculiaridade do programa é que o algoritmo de controle está localizado no manipulador do temporizador MK. Isso se deve ao fato de que é necessário comutar o LED emissor com uma determinada frequência constante e, para simplificar o programa, aí é colocado um algoritmo de controle. Após o sinal de reset ser dado no momento em que a energia é ligada, o MK começa a executar o programa a partir da marca Start. Nesta parte do programa, é realizada a inicialização da pilha, registradores, portas de entrada/saída B e D, um comparador analógico, um temporizador de oito bits, a taxa de repetição de pulso do temporizador é definida como CK/8 (SC tem uma frequência de clock de 5 MHz) e o manipulador de interrupção em caso de estouro do temporizador.

Como o temporizador transborda toda vez que chegam 256 (28) pulsos, o manipulador de interrupção é chamado 2441 vezes por segundo. Como resultado, o LED emissor muda a uma frequência de aproximadamente 1221 Hz. A análise do sinal refletido recebido é realizada uma vez a cada 20 ciclos do temporizador, ou seja, com frequência de 122 Hz.

O algoritmo de controle funciona da seguinte maneira. O registro r24 é utilizado como contador com faixa de valores de 0 a 240. A cada verificação, se houver obstáculo e o valor do contador for menor que 240, ele é aumentado em 1, e se não houver obstáculo, é diminuído na mesma quantidade até se tornar igual a 0. A seguir, quando O valor do contador de 0 a 16 dá um comando para avançar, de 17 a 31 - para parar, e de 32 a 240 - para virar. Este algoritmo permite evitar alarmes falsos e aumenta a probabilidade de evitar completamente o obstáculo (a rotação do modelo continua por algum tempo mesmo depois de desaparecer).

O registro r27 contém um contador de voltas, segundo o qual cada segunda volta é feita na direção oposta à anterior, e o registro r18 contém um contador para o algoritmo de controle do motor elétrico. Ele assume sequencialmente valores de 0 a 3 a cada chamada de interrupção. Em O o motor direito é desligado e em 2 o motor esquerdo é desligado. Assim, a corrente consumida da bateria é reduzida, o que aumenta a vida útil da bateria do modelo de uma carga para outra.

Os códigos de programa na forma de um arquivo hexadecimal são fornecidos na Tabela. 2.

Texto completo do programa em linguagem assembly

(clique para ampliar)

Configurar o dispositivo é fácil. Primeiramente, após desligar o microcontrolador desconectando partes do conector X1, recoloque a bateria e, fechando os contatos da chave Q1, meça a tensão na saída do estabilizador DA1. Então, conectando um osciloscópio ao dreno do transistor VT3 e iluminando o fotodiodo com alguma fonte de radiação IR (por exemplo, um controle remoto de TV ou videocassete), eles se convencem de que o fotodetector está funcionando.

Os componentes restantes não necessitam de ajuste se forem usadas peças reparáveis e não houver erros de instalação. Por fim, conecte o MK (com a alimentação desligada) e verifique o funcionamento do aparelho como um todo. A sensibilidade do fotodetector, se necessário, é ajustada usando o resistor de corte R12.

Autor: P. Chechet, Vasilevichi, região de Gomel, Bielorrússia

Veja outros artigos seção Microcontroladores.

Leia e escreva útil comentários sobre este artigo.

<< Voltar

Últimas notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica:

Máquina para desbastar flores em jardins 02.05.2024

Na agricultura moderna, o progresso tecnológico está se desenvolvendo com o objetivo de aumentar a eficiência dos processos de cuidado das plantas. A inovadora máquina de desbaste de flores Florix foi apresentada na Itália, projetada para otimizar a etapa de colheita. Esta ferramenta está equipada com braços móveis, permitindo uma fácil adaptação às necessidades do jardim. O operador pode ajustar a velocidade dos fios finos controlando-os a partir da cabine do trator por meio de um joystick. Esta abordagem aumenta significativamente a eficiência do processo de desbaste das flores, proporcionando a possibilidade de adaptação individual às condições específicas do jardim, bem como à variedade e tipo de fruto nele cultivado. Depois de testar a máquina Florix durante dois anos em vários tipos de frutas, os resultados foram muito encorajadores. Agricultores como Filiberto Montanari, que utiliza uma máquina Florix há vários anos, relataram uma redução significativa no tempo e no trabalho necessários para desbastar flores. ... >>

Microscópio infravermelho avançado 02.05.2024

Os microscópios desempenham um papel importante na pesquisa científica, permitindo aos cientistas mergulhar em estruturas e processos invisíveis aos olhos. Porém, vários métodos de microscopia têm suas limitações, e entre elas estava a limitação de resolução ao utilizar a faixa infravermelha. Mas as últimas conquistas dos pesquisadores japoneses da Universidade de Tóquio abrem novas perspectivas para o estudo do micromundo. Cientistas da Universidade de Tóquio revelaram um novo microscópio que irá revolucionar as capacidades da microscopia infravermelha. Este instrumento avançado permite ver as estruturas internas das bactérias vivas com incrível clareza em escala nanométrica. Normalmente, os microscópios de infravermelho médio são limitados pela baixa resolução, mas o desenvolvimento mais recente dos pesquisadores japoneses supera essas limitações. Segundo os cientistas, o microscópio desenvolvido permite criar imagens com resolução de até 120 nanômetros, 30 vezes maior que a resolução dos microscópios tradicionais. ... >>

Armadilha de ar para insetos 01.05.2024

A agricultura é um dos sectores-chave da economia e o controlo de pragas é parte integrante deste processo. Uma equipe de cientistas do Conselho Indiano de Pesquisa Agrícola-Instituto Central de Pesquisa da Batata (ICAR-CPRI), em Shimla, apresentou uma solução inovadora para esse problema: uma armadilha de ar para insetos movida pelo vento. Este dispositivo aborda as deficiências dos métodos tradicionais de controle de pragas, fornecendo dados sobre a população de insetos em tempo real. A armadilha é alimentada inteiramente por energia eólica, o que a torna uma solução ecologicamente correta que não requer energia. Seu design exclusivo permite o monitoramento de insetos nocivos e benéficos, proporcionando uma visão completa da população em qualquer área agrícola. “Ao avaliar as pragas-alvo no momento certo, podemos tomar as medidas necessárias para controlar tanto as pragas como as doenças”, diz Kapil ... >>

Notícias aleatórias do Arquivo

bateria de papel 19.01.2023

Cientistas de Cingapura aprenderam como fazer baterias a partir do lixo doméstico que são duas vezes melhores do que as usadas pelos smartphones modernos.

A Universidade Tecnológica de Nanyang desenvolveu um novo método para processar embalagens, sacolas e caixas de papelão descartáveis em eletrodos para baterias recarregáveis. Os pesquisadores usaram um laser para cortar resíduos de papel em folhas finas com grades de vários formatos, depois foram aquecidas a 1200 graus Celsius em um forno especial sem chama. Como resultado, o papel se transformou em carbono puro, vapor d'água e óleos.

Os cientistas transformaram o carbono extraído em eletrodos, e as células resultantes mostraram durabilidade, flexibilidade e propriedades eletroquímicas superiores associadas à estrutura das fibras de papel.

Testes de laboratório mostraram que uma bateria com esse ânodo pode suportar até 1200 ciclos de carga e descarga - o dobro das baterias de smartphones modernos. Além disso, eles são cinco vezes mais capazes de resistir ao esforço físico absorvendo o choque.

Os pesquisadores de Cingapura registraram uma patente para sua tecnologia com a NTUitive, empresa de inovação e empreendimento da NTU, com o objetivo de trazê-la para o mercado comercial no futuro. A carbonização do papel, na opinião deles, ocorre sem queimar oxigênio, portanto, algum dióxido de carbono é liberado.

Outras notícias interessantes:

▪ Robô doméstico Omate Yumi

▪ Lantejoulas perigosas

▪ Laptop para trabalhadores remotos Asus ExpertBook P5440FA

▪ Plataforma de carro em rede

▪ A fechadura do quarto é aberta pelo smartphone

Feed de notícias de ciência e tecnologia, nova eletrônica

Materiais interessantes da Biblioteca Técnica Gratuita:

▪ seção do site Microfones, microfones de rádio. Seleção de artigos

▪ artigo Formas básicas da atividade humana. Noções básicas de uma vida segura

▪ artigo Por que o tijolo com o qual são construídas as paredes do Kremlin, Aristóteles? Resposta detalhada

▪ artigo Operador de máquina de trabalhar madeira que se dedica ao corte de peças em bruto de acordo com a marcação e aparagem de peças curvas. Instrução padrão sobre proteção do trabalho