Lunokhod עם בקרת מיקרו-בקר

אינציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל
ספרייה חינם / ערכות של מכשירים רדיו-אלקטרוניים וחשמליים

Lunokhod עם בקרת מיקרו-בקר. אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל

ספריה טכנית בחינם

אנציקלופדיה של רדיו אלקטרוניקה והנדסת חשמל / מיקרו-בקרים

המכשיר המתואר פותח כדי להדגים את היכולות של מערכות תוכנה וחומרה לשליטה על עצמים נעים. החפץ היה צעצוע לילדים "רובר ירח" עם שלט חוט, מונע על ידי שני מנועים חשמליים DC ומאפשר לשלוט בכל אחד מהם בנפרד. כאשר הכוח מופעל, הדגם מתחיל לנוע קדימה. במקביל, מופעלים המשדר והמקלט של קרינת IR פועמת המותקנת בו. התנועה נמשכת עד שעוצמת אות ה-IR המשתקף עולה על הסף שנקבע, מה שמעיד על נוכחות של מכשול בדרך. ברגע שזה קורה, הדגם מתגלגל עד שהאות המשתקף יורד מתחת לסף זה, ולאחר מכן הוא ממשיך קדימה, וכן הלאה.

תרשים סכמטי של מכלול החומרה-תוכנה לשליטה במודל "Lunokhod" מוצג באיור. הוא מבוסס על מיקרו-בקר CMOS (MC) החסכוני AT90S2313 (DD1) שמונה סיביות שנבנה באמצעות ארכיטקטורת AVR RISC המתקדמת. תדר השעון נקבע על ידי מהוד הקוורץ ZQ1 בתדר של 5 מגה-הרץ (הוא יכול להיות כל אחר, עד 10 מגה-הרץ). מעגל של נגד R13 וקבל C12 משמש לאיפוס ה-MK ברגע הפעלת המתח. המחבר X1 מוכנס לחיבור וניתוק מהיר של ה-MK ושאר המכשיר, וכן לחיבור ה-MK למחשב לצורך עדכון התוכנית או אבחון עבודתו.

(לחץ להגדלה)

בנוסף למיקרו-בקר, המכשיר מכיל משדר פולסים של קרינת אינפרא אדום (VT4, VD2), מקלט קרינה המשתקפת ממכשול, המורכב מפוטודיודה VD1, מגבר דו-שלבי (VT1, VT2) וגלאי סינכרוני. (VT3), וארבעה מתגים אלקטרוניים (1VT1 - 1VT3, .. ., 4VT1 - 4VT3). המכשיר מופעל באמצעות סוללה המורכבת מארבע סוללות Ni-Cd בגודל C בקיבולת של 1500 מיליאמפר/שעה, המותקנות בתא המסופק בדגם. מתח האספקה של המיקרו-בקר ומקלט ה-IR נשמר על ידי ווסת מתח מיקרו-מעגל ללא שינוי DA1.

במהלך הפעולה מתקבלים פולסים בקצב חזרות של כ-0 הרץ מהיציאה של יציאת PD4 לבסיס הטרנזיסטור VT1220. כתוצאה מכך, הוא נפתח מעת לעת, ודיודת האור VD2 הכלולה במעגל האספנים שלה יוצרת קרינת IR פועמת בתדר מוגדר בכיוון התנועה של הדגם. הנגד R7 מגביל את הזרם דרך צומת הפולט של הטרנזיסטור ומגן על הפלט של יציאת MK מפני נזק במהלך התמוטטות של צומת זה. הזרם המרבי דרך הנורית מוגבל על ידי הנגד R9.

קרינת ה-IR המשתקפת מהמכשול נתפסת על ידי הפוטודיודה VD1 המחוברת במקביל לנגד R2, שדרכו מתבצע משוב הזרם הישר, המכסה את המגבר הדו-שלבי בטרנזיסטורים VT1, VT2. פולסי מתח מהקולטן של הטרנזיסטור VT2 מוזנים לגלאי סינכרוני שנעשה על טרנזיסטור אפקט שדה VT3. השימוש בו נובע מהעובדה שבמהלך פעולת האיתור, הנגד R3 יוצר לא רק תנודות בתדר של כ-1220 הרץ, אלא גם אדוות בתדר של 100 הרץ מנורות ליבון, כמו גם הפרעות אקראיות בשני טווחי גלויים ו-IR של הספקטרום. רמת ההפרעות הללו תואמת לרוב את רמת קרינת האינפרה האדומה המשתקפת מהמכשול, ובמידה ולא ננקטים אמצעים מיוחדים הדבר עלול להוביל לזיהוי של מכשול שווא. כדי למנוע שגיאות כאלה, נעשה שימוש בגלאי סינכרוני. הכניסה שלו (השער של הטרנזיסטור VT3) מחוברת לאותה יציאה (DO) כמו כניסת המשדר, לכן, באופן סינכרוני עם הבזקי נורית ה-VD2, הטרנזיסטור VT3 נפתח, המחבר את מוצא המגבר על טרנזיסטורים VT1, VT2 לאחת מהכניסות של המשווה MK (PB0 / AIN0). המתח לדוגמה בכניסה האחרת שלו נקבע על ידי נגד מכוון R12, ובכך מכוון את רגישות המכשיר לאות המשתקף.

פעולת המנועים החשמליים מדגם MK נשלטת על ידי מפתחות אלקטרוניים S1 - S4. שקול את העבודה של אחד מהם, למשל, הראשון (השאר פועלים באופן דומה). כאשר מתח הכניסה נמוך מ-0,6 V (לוג. 0), הטרנזיסטורים 1VT1 ו-1VT3 סגורים, ו-1VT2 פתוח, כך שהמתח במוצא וביציאה של המנוע M1 המחובר אליו קרוב למתח של סוללת הכוח GB1. הגשה לקלט של יומן רמת המפתח. 1 גורם לטרנזיסטור 1VT1 להיפתח, עקב כך 1VT2 נסגר, ו-1VT3 נפתח ומתח המוצא מתקרב ל-0. הנגד 1R1 מגביל את הזרם שצורך המפתח ממוצא MK לערך של כ-3 mA, שזה הרבה פחות מאשר זרם המוצא המותר (20 mA ברמה לוגית 0 ו-10 mA ברמה לוגית 1). ההתנגדות של הנגד 1R2 נבחרה באופן שמצד אחד מספק זרם מוצא מספיק של המפתח כאשר 1VT2 פתוח, ומצד שני, כך שהזרם דרך הטרנזיסטור הפתוח 1VT1 אינו גדול מדי.

מכיוון שהמנועים החשמליים המשמשים בדגם צורכים זרם גדול מאוד (כ-600 mA) ויוצרים רעש דחף עז, היה צורך להחליף אותם במנועי DPB-902 חסכוניים יותר ופחות הפרעות. אפשר להשתמש במנועי אספנים חשמליים אחרים ממכשירי הקלטה ורדיו טייפ.

לניהול מפתחות אלקטרוניים, נעשה שימוש בארבע ספרות מסדר גבוה של יציאה B: РВ7, РВ6, РВ5 ו-РВ4. פעולתו של משדר ה-IR נשלטת על ידי הסיביות הפחות משמעותיות של יציאה D - PD0, שני הסיביות הפחות משמעותיות של יציאה B (PB0 ו-PB1) מוגדרות ומשמשות בהתאמה ככניסות ישירות והפוכות של המשווה האנלוגי.

כפי שניתן לראות מהתרשים, כדי להפעיל, למשל, את המנוע החשמלי M1, יש צורך לפתוח את אחד המקשים S1, S2 ולסגור את השני. אם פותחים או סוגרים את שני המקשים, המתחים ביציאות שלהם יהיו זהים, כך שהמתח על המנוע החשמלי יהיה 0. אם תפתחו את המפתח S1 ותסגרו את S2, הפלט השמאלי (לפי התרשים) של ה- המנוע יחובר לחיוב של הסוללה,

והנכון - עם המינוס שלו, והוא יתחיל להסתובב לכיוון אחד. אם, להיפך, תפתח את S2 וסגור את S1, קוטביות חיבור המנוע תתהפך והוא יתחיל להסתובב בכיוון ההפוך. הכללת תוכנה מתבצעת על ידי כתיבה ליציאה B של הקבועים המצוינים בטבלה. 1.

Lunokhod עם בקרת מיקרו-בקר

בקרת תוכנה במשדר קרינת IR מתבצעת על ידי כתיבת מספר מסוים ליציאה D של MK. אם הסיביות הפחות משמעותיות של מספר זה היא 0, נורית VD2 כבויה, ואם היא 1, היא דולקת. שינוי רציף של הערכים של סיביות זו מוביל להתרחשות של רמת תאורה פועמת לפני הדגם בחלק ה-IR של הספקטרום. רמת הקרינה המוחזרת נקבעת על ידי חיישן צילום, וככל שהיא עולה, מתקבלת הנחה לגבי נוכחות של מכשול לפניו.

המוזרות של התוכנית היא שאלגוריתם הבקרה ממוקם במטפל טיימר MK. זאת בשל העובדה שיש צורך להחליף את ה-LED הפולט בתדירות קבועה מסוימת, וכדי לפשט את התוכנית, אלגוריתם הבקרה ממוקם שם. לאחר שניתן אות איפוס ברגע הדלקת הכוח, ה-MK מתחיל להפעיל את התוכנית מסימון ההתחלה. בחלק זה של התוכנית מתבצע האתחול הראשוני של המחסנית, רגיסטרים, יציאות I/O B ו-D, משווה אנלוגי, טיימר שמונה סיביות, קצב חזרת הדופק של הטיימר מוגדר ל-CK/8 (CK - תדר שעון שווה ל-5 מגה-הרץ), והצפת טיימר מטפל בפסיקה.

מכיוון שהטיימר עולה על גדותיו בכל פעם לאחר 256 (28) פולסים, המטפל בפסיקה נקרא 2441 פעמים בשנייה. כתוצאה מכך, ה-LED הפולט עובר בתדר של כ-1221 הרץ. הניתוח של האות המשתקף שהתקבל מתבצע פעם אחת ב-20 מחזורי טיימר, כלומר, בתדר של 122 הרץ.

אלגוריתם הבקרה פועל באופן הבא. רישום r24 משמש כמונה עם טווח ערכים מ-0 עד 240. בכל בדיקה, אם יש מכשול וערך המונה קטן מ-240, הוא גדל ב-1, ואם אין מכשול, הוא מצטמצם באותה כמות עד שהוא הופך ל-0. יתר על כן, בערכי מונה מ-0 עד 16 פקודה להתקדם, מ-17 ל-31 - לעצור, ומ-32 ל-240 - להסתובב. אלגוריתם כזה מונע תוצאות שגויות ומגביר את ההסתברות לעקוף מוחלט של מכשול (המודל מסתובב במשך זמן מה גם לאחר היעלמותו).

באוגר r27 מאורגן מונה של סיבובים, לפיו כל סיבוב שני נעשה בכיוון ההפוך לכיוון הקודם, ובאוגר r18 - מונה של אלגוריתם בקרת המנוע. זה לוקח ברצף ערכים מ-0 עד 3 עם כל שיחת פסיקה. ב-O, המנוע הימני כבוי, וב-2, המנוע השמאלי. לפיכך, הזרם הנצרך מהסוללה מצטמצם, ובכך מגדיל את חיי הסוללה של הדגם מטעינת סוללה אחת לאחרת.

קודי התוכנית בצורה של קובץ hex ניתנים בטבלה. 2.

הטקסט המלא של התוכנית בשפת assembly

(לחץ להגדלה)

התקנת המכשיר קלה. ראשית, כיבוי המיקרו-בקר על ידי ניתוק החלקים של מחבר X1, התקן את הסוללה במקום ועל ידי סגירת המגעים של המתג Q1, מדוד את המתח במוצא המייצב DA1. לאחר מכן, על ידי חיבור האוסילוסקופ לניקוז של הטרנזיסטור VT3 והארת הפוטודיודה במקור כלשהו של קרינת IR (לדוגמה, שלט רחוק לטלוויזיה או וידאו), הם מוודאים שהפוטו-גלאי פועל.

אין צורך להתאים את הצמתים הנותרים, בעת שימוש בחלקים הניתנים לטיפול והיעדר שגיאות בהתקנה. לבסוף, מחברים את ה-MK (כשהמתח כבוי) ובודקים את יכולת הפעולה של המכשיר בכללותו. הרגישות של הפוטו-גלאי, במידת הצורך, התאם את הנגד כוונון R12.

מחבר: P. Chechet, Vasilevichi, אזור גומל, בלארוס

ראה מאמרים אחרים סעיף מיקרו-בקרים.

תקרא ותכתוב שימושי הערות על מאמר זה.

<< חזרה

חדשות אחרונות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה:

התמצקות של חומרים בתפזורת 30.04.2024

יש לא מעט תעלומות בעולם המדע, ואחת מהן היא ההתנהגות המוזרה של חומרים בתפזורת. הם עשויים להתנהג כמו מוצק אבל פתאום הופכים לנוזל זורם. תופעה זו משכה את תשומת לבם של חוקרים רבים, ואולי סוף סוף נתקרב לפתרון התעלומה הזו. דמיינו חול בשעון חול. בדרך כלל הוא זורם בחופשיות, אך במקרים מסוימים החלקיקים שלו מתחילים להיתקע, והופכים מנוזל למוצק. למעבר הזה יש השלכות חשובות על תחומים רבים, מייצור תרופות ועד בנייה. חוקרים מארה"ב ניסו לתאר תופעה זו ולהתקרב להבנתה. במחקר ערכו המדענים סימולציות במעבדה באמצעות נתונים משקיות של חרוזי פוליסטירן. הם גילו שלרעידות בתוך קבוצות אלה יש תדרים ספציפיים, כלומר רק סוגים מסוימים של רעידות יכלו לעבור דרך החומר. קיבלו ... >>

ממריץ מוח מושתל 30.04.2024

בשנים האחרונות התקדם המחקר המדעי בתחום הנוירוטכנולוגיה ופותח אופקים חדשים לטיפול בהפרעות פסיכיאטריות ונוירולוגיות שונות. אחד ההישגים המשמעותיים היה יצירת ממריץ המוח המושתל הקטן ביותר, שהוצג על ידי מעבדה באוניברסיטת רייס. מכשיר חדשני זה, הנקרא Digitally Programmable Over-brain Therapeutic (DOT), מבטיח לחולל מהפכה בטיפולים על ידי מתן יותר אוטונומיה ונגישות למטופלים. השתל, שפותח בשיתוף מוטיב נוירוטק ורופאים, מציג גישה חדשנית לגירוי מוחי. הוא מופעל באמצעות משדר חיצוני באמצעות העברת כוח מגנו-אלקטרי, ומבטל את הצורך בחוטים ובסוללות גדולות האופייניות לטכנולוגיות קיימות. זה הופך את ההליך לפחות פולשני ומספק יותר הזדמנויות לשיפור איכות החיים של המטופלים. בנוסף לשימוש בטיפול, להתנגד ... >>

תפיסת הזמן תלויה במה מסתכלים 29.04.2024

המחקר בתחום הפסיכולוגיה של הזמן ממשיך להפתיע אותנו בתוצאותיו. התגליות האחרונות של מדענים מאוניברסיטת ג'ורג' מייסון (ארה"ב) התבררו כמדהימות למדי: הם גילו שמה שאנו מסתכלים עליו יכול להשפיע רבות על תחושת הזמן שלנו. במהלך הניסוי, 52 משתתפים עברו סדרה של מבחנים, העריכו את משך הצפייה בתמונות שונות. התוצאות היו מפתיעות: לגודל ולפרטי התמונות הייתה השפעה משמעותית על תפיסת הזמן. סצנות גדולות יותר ופחות עמוסות יצרו אשליה של זמן מאט, בעוד שתמונות קטנות ועמוסות יותר נתנו תחושה שהזמן מואץ. חוקרים מציעים שעומס חזותי או עומס יתר על הפרטים עלולים להקשות על תפיסת העולם סביבנו, מה שבתורו יכול להוביל לתפיסה מהירה יותר של זמן. לפיכך, הוכח שתפיסת הזמן שלנו קשורה קשר הדוק למה שאנו מסתכלים עליו. יותר ויותר קטן ... >>

חדשות אקראיות מהארכיון

המוח מעבד את מה שנלמד בשנת REM 24.05.2016

לישון בלילה לפני הבחינה. אבל איך לעשות זאת אם שכנים רועשים מפריעים? רק בקשו מהם לא להפריע למקצבי התטא שלכם במהלך שנת REM - זה רק שעה או שעתיים.

במחקר שפורסם היום בכתב העת Science, מדעני מוח בדקו בדיוק כיצד שלב ה-REM משפיע על הזיכרון שלנו. במהלך שנת REM, מוח היונקים פולט גלי תטא. בהשפעת האור על הנוירונים האחראים להמרצת ייצור הגלים הללו, "כיבו" המדענים את הקרינה, ובמקביל החיות לא התעוררו.

הדלקה וכיבוי של אורות במוחם של עכברים היא אחת הדרכים המבטיחות ביותר לחקור את המוח כיום. הפעם, מדענים התחייבו לחקור את הקשר בין שינה לזיכרון. ידוע שחוסר שינה מזיק לבריאות, ולכן עריכת ניסויים כאלה בבני אדם, למרבה הצער, אינה אתית - ושוב, אופטוגנטיקה בראשי עכברים עוזרת למדענים.

התברר שהעכברים, ששינתם לא הופרעה משום דבר, שיחזרו למחרת בצורה מושלמת את מה שלמדו יום קודם לכן. אותן חיות ש"כובו" מקצבי תטא חוו בעיות זיכרון - הן לא זיהו את המקום בו קיבלו אתמול מכת חשמל, והלכו לשם ללא חשש.

עוד חדשות מעניינות:

▪ אור של ערים מחוץ לכדור הארץ

▪ עכבר המחשב המהיר ביותר

▪ גלאי מוקשים במגף

▪ ללא כפתורים מכניים

▪ חיישן Avago RGB במחיר סביר באריזה זעירה

עדכון חדשות של מדע וטכנולוגיה, אלקטרוניקה חדשה

חומרים מעניינים של הספרייה הטכנית החופשית:

▪ חלק מהרכבת הקוביות של רוביק באתר. בחירת מאמרים

▪ מאמר גל הלם. יסודות חיים בטוחים

▪ מאמר מה הם ירוקי עד? תשובה מפורטת

▪ מאמר ראש מחלקת חדשנות. תיאור משרה