projekt brob 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_brob/2013_b13_fektbot_cara.pdfta by se měla...
TRANSCRIPT
![Page 1: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/1.jpg)
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCHTECHNOLOGIÍ
ÚSTAV AUTOMATIZACE A MĚŘICÍ TECHNIKY
Projekt BROB 2013
B13. Jízda po čáře pro reklamní robot
Vedoucí projektu: Ing. Tomáš Florián
Autoři práce: Martin Maršál, Marek Návara, Ondřej Pijáček
![Page 2: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/2.jpg)
1. Zadání
Implementujte modul do podvozku robotu, který umožňuje jízdu robotu po předem definované trase. Trasa robotu by měla být pro člověka na první pohled neodhalitelná, proto zvažte přednostně použití magnetické pásky přilepené k podlaze pod kobercem. Řízení robotu bude realizováno po některé ze standardních sériových sběrnic (RS-485, Ethernet apod.).
![Page 3: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/3.jpg)
2. Teoretický popis
2.1. Úvod do problematiky
Při návrhu modulu jsme vycházeli z návrhu kolegů z minulých let. Jako vodící
čára je použita magnetická páska, která může být schována například pod
kobercem. Na snímání čáry jsou použity 3 snímače KMZ-51. Dva krajní
snímače na rozlišení směru a prostřední senzor na určení velikosti výchylky.
Signál ze snímačů je potřeba zesílit na hodnotu, kterou je možné převést AD
převodníkem s co nejmenším zkreslením.
Jako řídící jednotka je použit mikročip ATmega8. Tento čip má
dostatek kanálů AD převodníku, modul USART na sériovou komunikaci a je
dostatečně rychlý. Také byl vybrán kvůli podpoře ze školy.
Na komunikaci s řízením motorů je použita sériová linka RS-485.
Převod mezi mikročipem a RS-485 je řešen pomocí SN75176AD.
Napájení je řešeno z baterií Fektbota a je stabilizováno na 5V DC-DC
měničem LM2594.
Celý modul jsme se rozhodli rozdělit na řídící desku, která bude
obstarávat, řízení, komunikaci a napájení celého systému a dále na 3 desky
se snímači. Každý snímač má vlastní desku, aby bylo možné doladit přesnou
vzdálenost snímačů od sebe. Ta by se měla pohybovat kolem 2 až 3
centimetrů.
Pro program řízení je využito jazyka C. Program musí být schopný
zmagnetizovat snímač, zpracovat jeho výstupní hodnotu, algoritmem
spočítat požadované rychlosti motorů a ty poté odeslat přes sériovou linku.
Toto bude probíhat v opakovaném cyklu.
2.2. Řídící jednotka - ATMEGA8 -16PU
Vybrané vlastnosti:
Taktovací frekvence 16 MHz
8 Kbajt programové paměti
130 instrukcí
32 pracovních registrů
2 osmibitové čítače a 1 šestnáctibitový
![Page 4: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/4.jpg)
6tikanálový AD převodník
Programovatelný modul USART
23 programovatelných I/O pinů
Obrázek 1:Rozložení portů ATMEGA8
![Page 5: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/5.jpg)
2.3. LM2594 – DC-DC měnič
Mezní hodnoty:
Obrázek 2: Základní zapojení LM2594
Obrázek 3: Rozložení pinů LM2594
![Page 6: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/6.jpg)
2.4. SN75176AD – sériová linka RS485
Doporučené provozní hodnoty:
Obrázek 4: Vnitřní zapojení SN75176AD
![Page 7: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/7.jpg)
2.5. Snímač magnetického pole KMZ 51
KMZ-51 snímá intenzitu magnetického pole. Je založen na principu
magnetorezistivních účinků permalloye. Pro jeho správnou funkci je potřeba
snímač pravidelně odmagnetizovat velmi krátkým pulzem (jednotky µs) proudu o
velikosti přibližně 1A. Doporučené provozní hodnoty:
Obrázek 5: Vnitřní zapojení KMZ 51
![Page 8: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/8.jpg)
2.6. INA126P – přístrojový zesilovač
Mezní hodnoty:
Obrázek 6: Vnitřní zapojení INA128
![Page 9: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/9.jpg)
3. Návrh výroby
3.1. Program řídící jednotky
Řídící program nebyl zkompletován z časových důvodů prakticky zkompletován.
Z teoretického hlediska je v programu potřeba nejprve odmagnetizovat snímače a poté
postupně převést hodnoty snímačů pomocí ADC (a přerušení po dokončení převodu).
Tyto hodnoty zpracovat, což znamená porovnat hodnoty z krajních snímačů a určit, na
jakou stranu má zatočit a poté z prostředního snímače určit velikost výchylky: hodnotu
porovnat s intervaly a dle toho načíst velikost výchylky. Spočítané hodnoty rychlosti obou
motorů poté odeslat přes sériovou linku. Jako Master zařízení nemá žádné problémy
rychlost odesílat s protokolem 8-N-1.
3.2. Schéma zapojení řídící desky
Kompletní návrh byl vypracován v programu EAGLE. Na vstupu (levé svorky) je připojeno napájení
napětí baterky robotu. Pomocí DC-DC měniče LM2594M napětí sníženo na 5V . Pro řízení jsme využili
programovatelný procesor ATmega8. Pro komunikaci s motory robotu je využita sériová linka
75176AD (RS485). Výstup sériové liny je realizován za pomoci konektoru D-SUB F09. Déle jsou osazeny
tři konektory pro spojení se třemi snímacími jednotkami.
Obrázek 7: Zapojení řídící desky
![Page 10: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/10.jpg)
![Page 11: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/11.jpg)
3.3. Seznam součástekřídící desky
4x Odpor 10kΩ
1x Odpor 120Ω
1x Tlumivka 100μH
2x Kondenzátor 1μF/50V
2x Kondenzátor 22pF/500V
2x Kondenzátor 100μF/25V
1x Dioda 1N5817
1x Krystal 16MHz 1x AMTEGA8 1x LM2594M
1x SN75176AD
1x Mikro spínač
1x D-SUB F09
1x Konektor 2_piny
3x Konektor 4_piny
![Page 12: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/12.jpg)
3.4. Schéma zapojení snímací jednotky
Nejdůležitější část snímací jednotky je součástka KMZ-51. Ta snímá intenzitu magnetického
pole. Výstup je následně zesílen přístrojovým zesilovačem INA126P ,který signál zesílí 100x. Další
část je odmagnetizování snímače KMZ 51.
Obrázek 8: Zapojení snímací jednotky
![Page 13: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/13.jpg)
Seznam součástek jedné snímací jednotky
3x Odpor 1kΩ
2x Odpor 10kΩ
2x Odpor 0,5Ω
1x Odpor 2Ω
2x Kondenzátor 10nF/50V
1x Kondenzátor 10μF/25V
2x Kondenzátor 470nF/63V
2x Dioda 1N4148
2x Tranzistor BC337
2x Tranzistor BC327
1x Tranzistor BC557
1x Tranzistor BC547
1x KMZ 51
1x INA128P
1x Konektor 4_piny
![Page 14: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/14.jpg)
4. Realizace
4.1. Program mikrokontroléru ATMEGA8
4.2. Úchyt snímacích jednotek
4.2.1. První díl
4.2.2. Druhý díl
![Page 15: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/15.jpg)
4.3. Desky plošných spojů, osazovací plány
4.3.1. Snímací jednotka left
![Page 16: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/16.jpg)
4.3.2. Snímací jednotka center
![Page 17: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/17.jpg)
4.3.3. Snímací jednotka right
![Page 18: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/18.jpg)
4.3.4. Základová deska
![Page 19: Projekt BROB 2013 - uamt.feec.vutbr.czrobotika/2013_BROB/2013_B13_FEKTBOT_cara.pdfTa by se měla pohybovat kolem 2 až 3 centimetrů. Pro program řízení je využito jazyka C. Program](https://reader031.vdocuments.pub/reader031/viewer/2022022805/5cb7076888c99348678bd04a/html5/thumbnails/19.jpg)
Reference
[1] TEXAS INSTRUMENTS. Precision, LowPower INSTRUMENTATION AMPLIFIERS:
INA128,INA129 [online]. Texas, 1995, FEBRUARY 2005 [cit. 2013-05-04]. Dostupné z:
http://www.ti.com/lit/ds/sbos051b/sbos051b.pdf
[2] TEXAS INSTRUMENTS. DIFFERENTIAL BUS TRANSCEIVER: SN75176A [online]. Texas,
1984, MAY 1995 [cit. 2013-05-04]. Dostupné z: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/sn75176a.pdf
[3] TEXAS INSTRUMENTS. LM2594/LM2594HV SIMPLE SWITCHER® PowerConverter 150 kHz.
5A Step-Down VoltageRegulator: LM2594, LM2594HV [online]. Texas, 1999, APRIL 2013 [cit.
2013-05-04]. Dostupné z: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm2594.pdf
[4] PHILIPS. Magneticfield sensor: KMZ51 [online]. 1998, JUN 2000 [cit. 2013-05-04]. Dostupné z:
http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/philips/KMZ51_3.pdf
[5] ATMEL. Atmel® AVR® 8-bitMicrocontroller: ATmega8, ATmega8L [online]. 2013 [cit. 2013-05-
04]. Dostupné z: http://www.atmel.com/Images/Atmel-2486-8-bit-AVR-microcontroller-
ATmega8_L_datasheet.pdf