DIY perimetri sim generatori va sensori: 8 qadam

2024 Muallif: John Day | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-30 13:25

Simlarni boshqarish texnologiyasi sanoatda, xususan, ishlov berish avtomatlashtirilgan omborlarda keng qo'llaniladi. Robotlar erga ko'milgan simli halqaga ergashadilar. Bu simda 5Kz va 40KHz oralig'ida nisbatan past intensivlik va chastotali o'zgaruvchan tok oqadi. Robot erga yaqin elektromagnit maydonining intensivligini o'lchaydigan tank zanjiriga asoslangan (rezonans chastotasi hosil bo'lgan to'lqin chastotasiga teng yoki unga yaqin) induktiv sensorlar bilan jihozlangan. Qayta ishlash zanjiri (kuchaytirish, filtrlar, taqqoslash) robotning sim ichidagi holatini aniqlash imkonini beradi. Shu kunlarda, perimetr/chegara simlari uy hayvonlarini hovlilarda saqlash uchun "ko'rinmas to'siqlar" va zonalarda robot maysazorlarni yaratish uchun ham ishlatiladi. LEGO, xuddi shu tamoyildan foydalangan holda, yo'lovchilarni hech qanday chiziq ko'rmasdan yo'llarda boshqaradi.

Bu o'quv qo'llanma sizning simingiz uchun generator va sensorni yaratish nazariyasini, dizaynini va bajarilishini tushunishga yordam beradigan oson va intuitiv tarzda tushuntiriladi. Fayllarni (sxemalar, burgut fayllari, Gerbers, 3D fayllar va Arduino namuna kodlari) ham yuklab olish mumkin. Shunday qilib, siz simlarning perimetrini aniqlash xususiyatini sevimli robotingizga qo'shishingiz va uni ishlayotgan "zonada" saqlashingiz mumkin.

1 -qadam: GENERATOR

Nazariya

Perimetrli simli generator sxemasi mashhur NE555 taymeriga asoslangan bo'ladi. NE555 yoki undan ko'p 555 deb nomlanadi - bu taymer yoki multivibrator rejimida ishlatiladigan integral sxema. Ushbu komponent foydalanish qulayligi, arzonligi va barqarorligi tufayli bugungi kunda ham qo'llanilmoqda. Yiliga bir milliard dona ishlab chiqariladi. Bizning generatorimiz uchun biz NE555 -ni Astable konfiguratsiyasida ishlatamiz. Barqaror konfiguratsiya NE555 ni osilator sifatida ishlatishga imkon beradi. Ikkita rezistor va kondansatör tebranish chastotasini, shuningdek ish tsiklini o'zgartirishga imkon beradi. Komponentlarning joylashuvi quyidagi sxemada ko'rsatilgan. NE555 perimetri simining uzunligi bo'ylab harakat qila oladigan (qo'pol) kvadrat to'lqin hosil qiladi. Taymer uchun NE555 ma'lumotlar jadvaliga murojaat qilib, namunaviy sxemasi, shuningdek, ish nazariyasi (8.3.2 A-barqaror ishlash) mavjud. Texas Instruments NE555 IC -larni ishlab chiqaruvchi yagona kompaniya emas, shuning uchun boshqa chipni tanlashda uning qo'llanmasini tekshirib ko'ring. Biz sizga 555 taymerli lehim to'plamini taklif qilamiz, bu sizga 555 taymerning barcha ichki komponentlarini teshikli paketga lehimlash imkonini beradi, bu sizga ushbu sxemaning ishlashini batafsil tushunishga imkon beradi.

Sxematik va prototiplash

NE555 qo'llanmasida (8.3.2 A-barqaror ishlash bo'limi) berilgan sxema juda to'liq. Bir nechta qo'shimcha komponentlar quyida muhokama qilindi. (birinchi rasm)

Chiqish kvadrat to'lqinining chastotasini hisoblash uchun ishlatiladigan formula

f = 1,44 / ((Ra+2*Rb)*C)

Kvadrat to'lqinning chastota diapazoni 32 Gts va 44 KHz oralig'ida bo'ladi, bu o'ziga xos chastota bo'lib, u boshqa yaqin qurilmalarga xalaqit bermasligi kerak. Buning uchun biz Ra = 3.3KOhms, Rb = 12KOhms + 4.7KOhms potentsiometr va C = 1.2nF ni tanladik. Potensiometr bizga to'rtburchaklar to'lqin chiqish chastotasini LC tank zanjirining rezonans chastotasiga mos keladigan tarzda o'zgartirishga yordam beradi, keyinchalik muhokama qilinadi. Chiqish chastotasining nazariy eng past va eng yuqori qiymati (1) formula bo'yicha hisoblanadi: Eng past chastota qiymati: fL = 1,44 / ((3,3+2*(12+4,7))*1,2*10^(-9)) 6932 698Hz

Eng yuqori chastota qiymati: fH = 1,44 / ((3,3+2*(12+0))*1,2*10^(-9)) ≈ 43 956Hz

4.7KOhms potansiyometri hech qachon 0 yoki 4.7 ga etib bormaganligi sababli, chiqish chastotasi diapazoni 33,5 Gts dan 39 Gts gacha o'zgarib turadi. Bu erda generator sxemasining to'liq sxemasi. (ikkinchi rasm)

Sxemada ko'rib turganingizdek, bir nechta qo'shimcha komponentlar qo'shilgan va ular quyida muhokama qilinadi. Bu erda to'liq BOM:

• R1: 3.3 KOm
• R2: 12 KOm
• R3 (oqim cheklovli rezistor): 47 Ohm (2 Vt quvvatga ega issiqlikni tarqatish uchun juda katta bo'lishi kerak)
• R4: 4.7 KOm potentsiometr
• C2, C4: 100nF
• C3: 1.2nF (1000pF ham ishni bajaradi)
• C5: 1uF
• J1: 2,5 mm markaziy muskulli ulagich (5-15V shahar)
• J2: vintli terminal (ikkita pozitsiya)
• IC1: NE555 nozik taymer

Sxemaga qo'shilgan qo'shimcha qismlarga devor adapteriga (12V) oson ulanish uchun bochka krikosi (J1) va perimetrli simga qulay ulanish uchun vintli terminal (12) kiradi. Perimetrli sim: E'tibor bering, perimetr simlari qanchalik uzun bo'lsa, signal shunchalik yomonlashadi. Biz sozlamani taxminan 100 dyuymli 22 kalibrli sim bilan sinab ko'rdik (ko'milganidan farqli o'laroq, erga bog'langan). Quvvat manbai: 12V devor adapteri juda keng tarqalgan va 500mA dan yuqori bo'lgan har qanday oqim yaxshi ishlashi kerak. Siz uni qutida saqlash uchun 12V qo'rg'oshin kislotasi yoki 11.1V LiPo ni tanlashingiz mumkin, lekin uni ob -havoga chidamli va ishlatilmaganda o'chirib qo'ying. Jenerator sxemasini tuzishda sizga kerak bo'lishi mumkin bo'lgan ba'zi qismlar:

• Terminalga 2,1 mm bochka ulagichi yoki bu 2,1 mm bochka raz'emiga - Breadboard mos keladi
• 400 ta bog'lanish punkti, shaffof lehimsiz non paneli
• 65 x 22 o'lchagichli turli xil o'tish simlari
• DFRobot rezistorlar to'plami
• SparkFun kondansatör to'plami
• 12VDC 3A devor adapteri quvvat manbai

Jadvalda generator sxemasi qanday bo'lishi kerak (uchinchi rasm)

2 -qadam: Natijalar

Quyidagi osiloskopda generator davri chiqishining skrinshotida ko'rsatilgandek (Mitsig 200 MGts 1 GS/s 4 kanalli planshetli osiloskop yordamida olingan), biz 36,41KHz chastotali va amplitudali (qo'pol) kvadrat to'lqinni ko'rishimiz mumkin. 11,8V (12V quvvat adapteri yordamida). R4 potentsiometrini sozlash orqali chastotani biroz o'zgartirish mumkin.

Lehimsiz non paneli kamdan-kam hollarda uzoq muddatli echim bo'lib, tez prototip yaratish uchun ishlatiladi. Shunday qilib, generator sxemasi 33,5 KGts va 40 KHz chastotali (R4 pot orqali o'zgaruvchan) kvadrat to'lqin hosil qilib, kerak bo'lganda ishlayotganini tasdiqlaganimizdan so'ng, biz faqat PTH (teshikli teshikli teshik) bilan tenglikni (24 mm x 34 mm) ishlab chiqdik.) komponentlar, uni kichkina kvadrat to'lqinli generator platasi. Teshikli komponentlar non taxtasi bilan prototiplash uchun ishlatilganligi sababli, tenglikni teshikli qismlardan ham foydalanishi mumkin (sirtdan o'rnatish o'rniga) va qo'l bilan oson lehimlashga imkon beradi. Komponentlarning joylashuvi aniq emas va siz, ehtimol, yaxshilanish uchun joy topishingiz mumkin. Biz Eagle va Gerber fayllarini yuklash uchun tayyorladik, shunda siz o'zingiz PCB qilishingiz mumkin. Fayllarni maqolaning oxiridagi "Fayllar" bo'limida topish mumkin. O'zingizning taxtangizni loyihalashda ba'zi maslahatlar: Barrel ulagichi va vintli terminali taxtaning bir tomoniga joylashtiring Komponentlarni bir -biriga nisbatan yaqinroq joylashtiring va izlar/uzunliklarni kamaytiring O'rnatish teshiklari standart diametrli bo'lishi kerak to'rtburchakni ko'paytirish.

3 -qadam: simlarni o'rnatish

Xo'sh, simni qanday o'rnatish kerak? Uni dafn qilish o'rniga, qoziqlarni joyida ushlab turish osonroq. Siz simni joyida saqlash uchun xohlagan narsani ishlatishingiz mumkin, lekin plastmassa eng yaxshi ishlaydi. Robot maysazorlar uchun ishlatiladigan 50 ta qoziq to'plami arzonga tushadi. Simni yotqizayotganda, vintli terminal orqali generator kartasiga ulanish uchun ikkala uchi bir joyda joylashganligiga ishonch hosil qiling.

4 -qadam: Ob -havoga qarshilik

Tizim ochiq havoda foydalanish uchun katta ehtimol tashqarida qoladi. Perimetrli simga ob -havoga chidamli qoplama kerak, va generator sxemasining o'zi suv o'tkazmaydigan korpusda joylashgan. Jeneratorni yomg'irdan himoya qilish uchun siz ushbu salqin korpusdan foydalanishingiz mumkin. Hamma simlar teng yaratilmagan. Agar siz simni tashlamoqchi bo'lsangiz, to'g'ri simga sarmoya kiritganingizga ishonch hosil qiling, masalan, UV / suvga chidamli bo'lmagan Robomow 300 'perimetrli simli ekranlash vaqt o'tishi bilan tezda buziladi va mo'rt bo'ladi.

5 -qadam: Sensor

Nazariya

Endi biz generator zanjirini qurdik va u ishlayotganiga ishonch hosil qildik, simdan o'tayotgan signalni qanday aniqlash haqida o'ylashni boshlash vaqti keldi. Buning uchun biz sizni tank davri yoki sozlangan kontaktlarning zanglashiga olib keladigan LC davri haqida o'qishga taklif qilamiz. LC davri - bu parallel ravishda ulangan induktor/lasan (L) va kondansatör (C) ga asoslangan elektr davri. Bu sxema filtrlarda, tyunerlarda va chastotali mikserlarda ishlatiladi. Shunday qilib, u odatda simsiz eshittirishlarda, ham eshittirish, ham qabul qilish uchun ishlatiladi. Biz LC zanjirlari haqida nazariy tafsilotlarga bormaymiz, lekin bu maqolada ishlatiladigan sensorlar zanjirini tushunish uchun yodda tutish kerak bo'lgan eng muhim narsa LC sxemasining rezonans chastotasini hisoblash formulasi bo'ladi:

f0 = 1/(2*π*√ (L*C))

Bu erda L - H (Genri) dagi lasanning indüktans qiymati va C - F (Farad) dagi kondansatkichning sig'im qiymati. Sensor simga kiradigan 34 kHz-40 kHz chastotali signalni aniqlay olishi uchun biz ishlatgan tank sxemasi bu diapazonda rezonans chastotaga ega bo'lishi kerak. (2) formuladan foydalanib hisoblangan 33 932Hz rezonans chastotasini olish uchun L = 1mH va C = 22nF ni tanladik. Tank zanjirimiz tomonidan aniqlangan signalning amplitudasi induktor simdan taxminan 10 sm masofada joylashgan bo'lsa, nisbatan kichik bo'ladi (biz sensorlar zanjirini sinab ko'rganimizda maksimal 80 mV), shuning uchun unga biroz kuchaytirish kerak bo'ladi. Buning uchun biz mashhur LM324 Op-Amp kuchaytirgichidan foydalanib, signalni 100 evrolik konvertatsiya qilinmagan konfiguratsiyada 2 bosqichli kuchaytirgichda 10 sm dan katta masofada yaxshi o'qiladigan analog signalni olish uchun ishonch hosil qildik. sensor chiqishi. Ushbu maqolada umuman Op-Amps haqida foydali ma'lumotlar berilgan. Bundan tashqari, siz LM324 ma'lumotlar jadvalini ko'rishingiz mumkin. Bu erda LM324 kuchaytirgichining odatiy sxemasi: teskari konfiguratsiyadagi Op-Amp (to'rtinchi rasm)

Qaytarilmaydigan daromad konfiguratsiyasi uchun tenglamadan foydalanib, Av = 1+R2/R1. R1 ni 10KOhmga va R2ni 1MOmga o'rnatish 100 spetsifikatsiyani beradi, bu kerakli spetsifikatsiyada. Robot turli yo'nalishdagi perimetr simini aniqlay olishi uchun unga bir nechta sensor o'rnatilgan bo'lishi maqsadga muvofiqdir. Robotda sensorlar qancha ko'p bo'lsa, chegara simini shuncha yaxshi aniqlaydi. Ushbu qo'llanma uchun va LM324 to'rtburchaklar kuchaytirgich bo'lgani uchun (bu bitta LM324 chipida 4 ta alohida kuchaytirgich borligini bildiradi), biz bortda ikkita aniqlovchi sensordan foydalanamiz. Bu ikkita LC sxemasidan foydalanishni anglatadi va ularning har biri 2 bosqichli kuchaytirgichga ega bo'ladi. Shuning uchun faqat bitta LM324 chipi kerak.

6 -qadam: sxematik va prototiplash

Yuqorida aytib o'tganimizdek, sensorli panelning sxemasi juda to'g'ri. Kuchaytirgichlarning daromadlarini belgilash uchun u ikkita LC sxemasi, bitta LM324 chipi va bir nechta 10KOm va 1MOhm rezistorlardan iborat.

Siz foydalanishingiz mumkin bo'lgan komponentlar ro'yxati:

• R1, R3, R5, R7: 10KOm rezistorlar
• R2, R4, R6, R8: 1MOhm rezistorlar
• C1, C2: 22nF kondansatkichlari
• IC: LM324N kuchaytirgichi
• JP3 / JP4: 2,54 mm 3-pinli M / M sarlavhalari
• Induktor 1, 2: 1mH*

* 1mH induktor 420mA va Q faktor 40 252kHz bo'lgan induktor yaxshi ishlashi kerak. Biz vintli terminallarni induktorlarni simlarga lehimlangan simlar bilan robotning qulay joylariga joylashtirish uchun sxemaga olib keladigan simlar sifatida qo'shdik. Keyin simlar (induktorlardan) vintli terminallarga ulanadi. Out1 va Out2 pinlari to'g'ridan -to'g'ri mikrokontrollerning analog kirish pinlariga ulanishi mumkin. Masalan, siz Arduino UNO boshqaruv kengashini yoki undan ham yaxshiroq BotBoarduino boshqaruvini ishlatishingiz mumkin, chunki u 3 pinli (Signal, VCC, GND) ketma-ket ajratilgan analog pinlarga ega va u Arduino-ga mos keladi. LM324 mikrosxemasi 5V mikrokontroller orqali quvvatlanadi, shuning uchun sensorlar panelidan analog signal (aniqlangan to'lqin) induktor va perimetr simlari orasidagi masofaga qarab 0V dan 5V gacha o'zgarib turadi. Induktor perimetri simiga qanchalik yaqin bo'lsa, datchikning chiqish to'lqinining amplitudasi shuncha yuqori bo'ladi. Sensor sxemasi non panelida qanday bo'lishi kerak.

7 -qadam: Natijalar

Quyidagi osiloskopning skrinshotlarida ko'rib turganimizdek, LC zanjirining chiqishida aniqlangan to'lqin kuchayadi va induktor perimetri simiga 15 sm masofada bo'lganda 5 V ga to'yingan bo'ladi.

Jeneratör sxemasida bo'lgani kabi, biz ikkita tank sxemasi, kuchaytirgich va 2 analogli chiqish sensori paneli uchun teshikli komponentli chiroyli ixcham tenglikni yaratdik. Fayllarni maqolaning oxiridagi "Fayllar" bo'limida topish mumkin.

8 -qadam: Arduino kodi

Sim generatori va sensori uchun ishlatishingiz mumkin bo'lgan Arduino kodi juda oddiy. Sensor platasining chiqishi 0V dan 5V gacha o'zgaruvchan ikkita analog signal bo'lgani uchun (har bir sensor/induktor uchun bittadan), AnalogRead Arduino misolidan foydalanish mumkin. Sensor kartasining ikkita chiqish pimini ikkita analog kirish pimiga ulang va Arduino AnalogRead misolini o'zgartirib, tegishli pinni o'qing. Arduino ketma -ket monitoridan foydalanib, siz induktorni perimetrli simga yaqinlashganda siz foydalanadigan analog pinning RAW qiymatini 0 dan 1024 gacha ko'rishingiz kerak.

Kod analogPin -dagi kuchlanishni o'qiydi va uni ko'rsatadi.

int analogPin = A3; // analog pin 3 ga ulangan potentsiometr o'chirgichi (o'rta terminal) // tashqi tomondan erga va +5V ga olib keladi

int val = 0; // o'qilgan qiymatni saqlash uchun o'zgaruvchi

bo'sh o'rnatish () {

Serial.begin (9600); // ketma -ket sozlash

}

void loop () {

val = analogRead (analogPin); // kirish pinini o'qing Serial.println (val); // disk raskadrovka qiymati