Politechnika Łódzka

Projekt kompetencyjny

Projekt: Pojazd zdalnie sterowany

Wykonał:

Duczmański Sylwester 187457

SPIS TREŚCI:

1. Założenia projektowe.

2. Schemat układu.

3. Wykorzystane elementy.

4. Kod programu.

5. Opis wykorzystanych elementów oraz zasada ich działania.

6. Wnioski.

1. Założenia projektowe

Projektem jest pojazd sterowany za pomocą pilota, wykorzystując transmisję IR.

Do budowy wykorzystałem płytę Arduino UNO z procesorem ATmega 328p, oraz dodatkowe elementy wymienione i opisane poniżej.

Pojazd posiada dwa tryby pracy, pierwszym jest manualne sterowanie, drugim – tryb automatyczny.

W trybie manualnym mamy możliwość kontrolowania kierunku poruszania się pojazdu, skrętu w prawo lub w lewo a także zatrzymania pojazdu za pomocą używania odpowiednich przycisków na pilocie.

W trybie automatycznym pojazd omija przeszkody, jeśli takową napotka wykonuje następującą sekwencje ruchów:

-zatrzymuje się

-nieznacznie cofa

-wykonuje skręt

-kontynuuje jazdę na wprost

(tryb ten także uruchamiany jest za pomocą pilota)

Po napotkaniu przeszkody układ informuje nas o tym poprzez wysyłanie sygnału dźwiękowego z brzęczyka. Sekwencja omijania rozpoczyna się, jeśli przeszkoda znajduje się około 20cm przed pojazdem.

Układ zasilany jest za pomocą sześciu baterii AA połączonych szeregowo, co daje około 9V, podyktowane jest to wymaganym przez Arduino napięciem jego zasilania.

1. Schemat układu

3. Wykorzystane elementy

-Arduino UNO z mikrokontrolerem ATmega 328p

-Mostek H (L293D)

-Czujnik odległości (HC-SR04)

-Odbiornik podczerwieni (TSOP2236)/ Pilot

-Brzęczyk

-Włącznik zasilania

-2x silnik DC (Serwomechanizm Tower Pro SG-90 zmodyfikowany tak, aby działał w pełnym zakresie obrotów)

-6 baterii AA

4. Kod programu:

(W załączniku)

5. Opis wykorzystanych elementów oraz zasada ich działania

-Arduino UNO

Płyta Arduino posiada zaprogramowany mikrokontroler ATmega 328p, który jest odpowiedzialny za komunikację poszczególnych podzespołów ze sobą. Układ zasilany jest napięciem 9V.

-Mostek H (L293D)

Dwukanałowy sterownik silników prądu stałego. Układ pozwala na sterowanie prędkością obrotową oraz zmianę kierunku obrotów silnika DC w zależności od tego na które wejście zostanie podany sygnał.

Dane techniczne:

• Napięcie zasilania: 4,5-36V

• Prąd wyjściowy (średni na kanał): 0,6A

• Prąd wyjściowy (max. na kanał): 1,2A

• Liczba kanałów: 4 

• Obudowa: DIP16

• Wbudowane diody zabezpieczające

Opis wyprowadzeń:

• ENABLE 1 - PWM kanału pierwszego

• INPUT1 - kierunek kanału pierwszego

• OUTPUT1 - wyjście kanału pierwszego

• GND - wyprowadzenie do masy

• OUPUT2 - wyjście kanału pierwszego

• INPUT2 - kierunek kanału pierwszego

• Vs - zasilanie silników

• Vss - zasilanie części logicznej

• INPUT4 - kierunek kanału drugiego

• OUTPUT4 - wyjście kanału drugiego

• OUTPUT3 - wyjście kanału drugiego

• INPUT3 - kierunek kanału drugiego

• ENABLE 2 - PWM kanału drugiego

-Czujnik odległości (HC-SR04)

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: 5V

• Średni pobór prądu: 15mA

• Zakres pomiarowy: 2 - 200cm

• Wyjście: sygnał częstotliwościowy

• Częstotliwość pracy: 40kHz

Opis

Czujnik ultradźwiękowy działający w zakresie 2-200 cm. Zasilany napięciem 5 V. Wyjściem jest sygnał, którego czas trwania jest proporcjonalny do mierzonej odległości.

Aby rozpocząć pomiar należy podać na pin TRIG impuls napięciowy (stan wysoki 5V) przez 1000 us. Moduł dokonuje pomiaru odległości przy pomocy fali dźwiękowej o częstotliwości 40 kHz. Do mikrokontrolera wysyłany jest sygnał, w którym odległość zależna jest od czasu trwania stanu wysokiego i można ją obliczyć ze wzoru: 

test distance = (high level time × velocity of sound (340m/s) / 2

gdzie:

test distance - odległość mierzona

high level time - czas trwania stanu wysokiego 

velocity of sound - prędkość rozchodzenia się fali dźwiękowej w powietrzu - 340 m/s

 

-Odbiornik podczerwieni (TSOP2236) / Pilot

Odbiornik podczerwieni TSOP2236 ,działający na częstotliwości 36 kHz z napięciem od 4,5 V do 5,5 V. Kodowanie odbywa się za pomocą standardu RC-5.

Specyfikacja

• Napięcie zasilania:  od 4,5 do 5,5 V

• Średni prąd: 5 mA

• Częstotliwość pracy: 36 kHz

Odbiorniki podczerwieni 38 kHz. Reagują wyłącznie na światło podczerwone. Odbiornik podczerwieni zawierający fotodiodę, wzmacniacz, filtr i komparator. Obudowa pełni funkcję filtra zaporowego światła dziennego i reaguje wyłącznie na światło podczerwone modulowane 38 kHz. Wyjście kompatybilne do TTL/CMOS.

Standard RC-5 

Standard RC-5 jest standardem transmisji szeregowej o następujących podstawowych parametrach:

• kodowanie bifazowe typu Manchester,

• częstotliwość sygnału nośnego 36kHz 

• okres jednego bitu przesyłanej informacji równy 64 okresom częstotliwości nośnej.

Kodowanie typu Manchester

System kodowania Manchester kieruje się następującymi zasadami:

1. Na początku sygnał przyjmuje stan odpowiadający jego wartości binarnej. Jeżeli wysyłany bit jest zerem, to na początku bitu w sygnale wyjściowym Manchester także mamy mieć zero. Jeżeli jedynką, to na początku bitu w sygnale wyjściowym Manchester także mamy mieć jedynkę.

2. W połowie czasu transmisji bitu następuje zmiana sygnału na przeciwny. Zmiana ta następuje zawsze, niezależnie, czy przesyłany bit jest zerem, czy jedynką.

W sygnale wyjściowym Manchester czas trwania zera lub jedynki: 

• nigdy nie jest dłuższy niż czas trwania transmisji jednego bitu,

• nigdy nie jest krótszy niż połowa czasu trwania transmisji jednego bitu.

Aby zwiększyć odporność na zakłócenia oraz umożliwić komunikację jednocześnie wielu pilotów nadających w tym samym obszarze (np. pomieszczeniu) stosuje się modulację fali nośnej.

W standardzie RC-5 jako fala nośna wykorzystywany jest przebieg prostokątny o stałej częstotliwości 36kHz. Wypełnienie fali nośnej wynosi od 25% do 33%.

Aby za pomocą fali nośnej przesłać dane należy modulować jej przebieg za pomocą danych do przesłania. Do przesyłania danych za pomocą podczerwieni stosuje się modulację polegającym na naprzemiennym nadawaniu oraz przerwach w nadawaniu. W standardzie RC-5 przyjęto, że okres jednego bitu przesyłanej informacji jest równy 64 okresom fali nośnej.

Standard RC-5 jest standardem transmisji szeregowej, która wykorzystuje tzw. ramki.

Ramka, to określony standardem zbiór pojedynczych bitów danych składający się na pakiet danych określony standardem. W przypadku standardu RC-5 pakiet ten składa się z 14 bitów podzielonych następująco:

-Brzęczyk(HCM12)

Buzzer z generatorem tonu ciągłego. Zasilany napięciem 5V.

Specyfikacja

• Napięcie zasilania: 5V 

• Głośności 85 dB

• Pobór prądu: maks. 30mA

• Częstotliwość: 2,3 kHz ± 500Hz

-Włącznik zasilania

-2x silnik DC (Serwomechanizm Tower Pro SG-90 zmodyfikowany tak, aby działał w pełnym zakresie obrotów)

Serwomechanizm typu micro. Wykorzystałem serwomechanizmy, ponieważ posiadają większy moment obrotowy. Dodatkowo prędkość obrotowa jest wystarczająca do tego projektu, wykorzystując ogólnodostępne silniki DC zaszłaby konieczność ograniczenia prędkości obrotowej, podczas gdy tutaj nie jest to wymagane.

Specyfikacja:

• Prędkość: 0,1 s/60°.

• Moment: 1,8 kg*cm.

• Zasilanie 4,8-7,2v

6 .Wnioski

Wykorzystując zaprogramowany mikrokontroler oraz dodatkowe elementy wyszczególnione w raporcie udało się stworzyć układ działający zgodnie z założeniami. Pojazd nie jest niestety idealny, jednak jest to spowodowane niedoskonałością elementów, czujnik odległości zauważa duże przeszkody, jednak jeśli w pobliżu pojawi się wąski przedmiot (np. noga stołu), zostanie zignorowany. Wydaje mi się jednak, że mając na uwadze fakt, że nie jest to profesjonalny projekt niedociągnięcia tego typu można zaakceptować, zwłaszcza, że wynikają one z niedoskonałości podzespołu a nie błędów w programie lub podłączeniu.