सेलफोन नियंत्रित रोबोट के लिए पीसीबी डिजाइन: 10 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

मैंने यह प्रोजेक्ट 2012 में अपने छोटे प्रोजेक्ट के तौर पर किया था। यह परियोजना मनुष्यों के प्रत्यक्ष हस्तक्षेप के बिना खतरों को बेअसर करने के लिए एक विधि की आवश्यकता से प्रेरित थी। वह समय था, मेरा देश हिंसा से बुरी तरह प्रभावित था जिसने मुझे एक सरल रोबोट वाहन विकसित करने के लिए प्रेरित किया जिसे किसी भी मोबाइल फोन द्वारा संचालित किया जा सकता है। रोबोट को DTMF ऑडियो फ़्रीक्वेंसी के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है जो इसे 2G नेटवर्क में भी व्यापक परिचालन कवरेज में सक्षम बनाता है। इस निर्देश में, मैं पीसीबी डिजाइन पर अधिक ध्यान केंद्रित करूंगा।

आपूर्ति

M8870 DTMF डिकोडर

89C51माइक्रोकंट्रोलर

L293D मोटर चालक

डीसी मोटर्स

रोबोट कार चेसिस

सेल फोन

5v विनियमित बिजली की आपूर्ति

चरण 1: मूल संरचना

आइए रोबोट की मूल संरचना का निरीक्षण करें।

जो मोबाइल हैंडसेट वहां दिखाया जाता है उसका इस्तेमाल रोबोट को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। हम उस हैंडसेट को कॉल करते हैं जिसे रोबोट के अंदर रखा जाता है, रोबोट स्वचालित रूप से कॉल को स्वीकार करता है और फिर हमें रोबोट की गति को नियंत्रित करने के लिए प्रत्येक कुंजी को दबाना होता है, जिसे इससे जुड़े माइक्रोकंट्रोलर की मदद से नियंत्रित किया जाता है। रोबोट को बाहरी रीसेट स्विच की मदद से रीसेट किया जा सकता है। प्रत्येक ऑपरेशन के लिए प्रत्येक स्विच आवंटित किया जाता है। जब रोबोट की गति के अनुरूप कुंजी दबाया जाता है, तो डीटीएमएफ डिकोडर रिसीवर पर उत्पन्न टोन को डीकोड करेगा और माइक्रोकंट्रोलर को बाइनरी कोड भेजता है। माइक्रोकंट्रोलर को इस तरह से प्रोग्राम किया जाता है कि जब गति के अनुरूप बाइनरी कोड का पता चलता है, तो माइक्रोकंट्रोलर मोटर चालक को संबंधित बाइनरी इनपुट देगा। मोटर चालक सिग्नल की व्याख्या करेगा और मोटर को उपयुक्त वोल्टेज देगा जिससे वह स्विच करेगा और मोटर को संबंधित दिशा में घुमाएगा।

चरण 2: डीटीएमएफ डिकोडर

M8870 एक पूर्ण DTMF रिसीवर है जो बैंड स्प्लिट फिल्टर और डिकोडर दोनों कार्यों को एक एकल 18-पिन DIP या SOIC पैकेज में एकीकृत करता है। CMOS प्रक्रिया प्रौद्योगिकी का उपयोग करके निर्मित, M-8870 कम बिजली की खपत (35 mW अधिकतम) और सटीक डेटा हैंडलिंग प्रदान करता है। इसका फिल्टर सेक्शन उच्च और निम्न समूह फिल्टर और डायल टोन रिजेक्शन दोनों के लिए स्विच्ड कैपेसिटर तकनीक का उपयोग करता है। इसका डिकोडर सभी 16 DTMF टोन पेयर को 4-बिट कोड में पहचानने और डिकोड करने के लिए डिजिटल काउंटिंग तकनीकों का उपयोग करता है। ऑन-चिप डिफरेंशियल इनपुट एम्पलीफायर, क्लॉक जेनरेटर और लैच्ड ट्राई-स्टेट इंटरफेस बस के प्रावधान से बाहरी घटकों की संख्या को कम किया जाता है। आवश्यक न्यूनतम बाहरी घटकों में एक कम लागत वाला 3.579545 मेगाहर्ट्ज कलर बर्स्ट क्रिस्टल, एक टाइमिंग रेसिस्टर और एक टाइमिंग कैपेसिटर शामिल हैं। M-8870-02 एक "पावर-डाउन" विकल्प प्रदान करता है, जो सक्षम होने पर, खपत को 0.5 mW से कम कर देता है। M-8870-02 चौथे कॉलम के अंकों के डिकोडिंग को भी रोक सकता है।

M8870 की विशेषताएं:

• पूरा डीटीएमएफ रिसीवर
• कम बिजली की खपत (35mw)
• आंतरिक लाभ सेटिंग एम्पलीफायर
• समायोज्य अधिग्रहण और रिलीज का समय
• केंद्रीय कार्यालय गुणवत्ता
• पावर-डाउन मोड (5mw)
• सिंगल 5 वोल्ट बिजली की आपूर्ति
• डायल टोन दमन
• इनहिबिट मोड

DTMF तकनीक टेलीफोन पर 16 सामान्य अल्फ़ान्यूमेरिक वर्णों (0-9, A-D, *, #) का एक अलग प्रतिनिधित्व करती है। उपयोग की जाने वाली न्यूनतम आवृत्ति 697 हर्ट्ज है और उच्चतम आवृत्ति 1633 हर्ट्ज का उपयोग किया जाता है। डीटीएमएफ कीपैड को इस तरह व्यवस्थित किया गया है कि प्रत्येक पंक्ति की अपनी अनूठी स्वर आवृत्ति होगी और प्रत्येक कॉलम की अपनी अनूठी स्वर आवृत्ति भी होगी। ऊपर विशिष्ट डीटीएमएफ कीपैड और संबंधित पंक्ति/स्तंभ आवृत्तियों का प्रतिनिधित्व है। एक कुंजी दबाने से, उदाहरण के लिए, 5, निम्न समूह के लिए 770 हर्ट्ज और उच्च समूह के लिए 1336 हर्ट्ज से युक्त एक दोहरे स्वर उत्पन्न करेगा।

चरण 3: 89C51 माइक्रोकंट्रोलर

हम यहां जिस माइक्रोकंट्रोलर का उपयोग करते हैं वह AT89C51 है। AT89C51 एक लो-पावर, हाई-परफॉर्मेंस CMOS 8-बिट माइक्रो कंप्यूटर है जिसमें 8K बाइट्स फ्लैश प्रोग्रामेबल और इरेज़ेबल रीड-ओनली मेमोरी (पेरोम) है। डिवाइस को एटमेल की उच्च-घनत्व वाली गैर-वाष्पशील मेमोरी तकनीक का उपयोग करके निर्मित किया गया है और यह उद्योग-मानक 80C51 और 80C52 निर्देश सेट और पिनआउट के साथ संगत है। यह एक कंट्रोलिंग यूनिट है जिसे आवश्यकता के अनुसार प्रोग्राम किया जा सकता है। इस परियोजना में, यह प्राप्त किए गए टोन के अनुरूप बाइनरी कोड को स्वीकार करता है और मोटरों को चलाने के लिए बाइनरी कोड ड्राइवर आईसी को भेजा जाएगा।

विशेषताएं:

• ATMEL का उत्पाद
• 8051. के समान
• 8-बिट माइक्रोकंट्रोलर
• EPROM या FLASH मेमोरी का उपयोग करता है
• मल्टीपल टाइम प्रोग्रामेबल (एमटीपी)

ATMEL89C51 में कुल 40 पिन हैं जो I/O, RD, WR, एड्रेस और इंटरप्ट जैसे विभिन्न कार्यों के लिए समर्पित हैं। 40 पिनों में से, कुल 32 पिन चार पोर्ट P0, P1, P2 और P3 के लिए अलग रखे गए हैं, जहां प्रत्येक पोर्ट 8 पिन लेता है। बाकी पिनों को Vcc, GND, XTAL1, XTAL, RST, EA और PSEN के रूप में नामित किया गया है। PSEN और ALE को छोड़कर इन सभी पिनों का उपयोग 8051 और 8031 परिवारों के सभी सदस्यों द्वारा किया जाता है।

चरण 4: L293D मोटर चालक

दो मोटर L293D मोटर चालक IC का उपयोग करके संचालित होते हैं। L293D एक चौगुना आधा एच-ब्रिज द्विदिश मोटर चालक आईसी है जो 4.5 से 36 वोल्ट की वोल्टेज रेंज के साथ 600mA तक की धारा चला सकता है। यह छोटे डीसी-गियर वाले मोटर्स, बाइपोलर स्टेपर मोटर आदि को चलाने के लिए उपयुक्त है।

L293D की विशेषताएं:

• प्रति चैनल 600ma आउटपुट वर्तमान क्षमता
• 1.2A पीक आउटपुट करंट (गैर-दोहराव) प्रति चैनल
• सुविधा सक्षम करेंअति-तापमान सुरक्षा
• तार्किक "0" इनपुट वोल्टेज 1.5 वी तक (उच्च शोर प्रतिरक्षा)
• आंतरिक क्लैंप डायोड

L293D चौगुनी उच्च धारा हाफ एच ड्राइव हैं। L293D को 4.5V से 36 V तक के वोल्टेज पर 600 mA तक की द्विदिश ड्राइव करंट प्रदान करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। दोनों ड्राइव को एक रिले, सोलनॉइड, DC और बाइपोलर स्टेपिंग मोटर, साथ ही उच्च करंट / जैसे आगमनात्मक भार को चलाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। सकारात्मक आपूर्ति अनुप्रयोगों में उच्च वोल्टेज भार। L293D में एम्पलीफायरों और आउटपुट प्रोटेक्शन सर्किट के साथ चार इनपुट होते हैं। ड्राइव को जोड़े में सक्षम किया गया है, ड्राइव 1 और 2 को 1, 2 EN द्वारा सक्षम किया गया है और ड्राइव 3 और 4 को 3, 4 EN द्वारा सक्षम किया गया है। जब एक सक्षम इनपुट अधिक होता है, तो संबंधित ड्राइवर सक्षम होते हैं और उनके आउटपुट सक्रिय होते हैं और उनके इनपुट के साथ चरण में होते हैं।

चरण 5: बिजली आपूर्ति इकाई

लो-ड्यूटी DC बैटरियां 5V-9V की उपयुक्त वोल्टेज रेटिंग और अधिकतम करंट के साथ आती हैं। 1000mA. एक विनियमित डीसी वोल्टेज प्राप्त करने के लिए, वोल्टेज नियामकों का उपयोग किया गया था। वोल्टेज नियामक आईसी निश्चित (आमतौर पर 5, 12 और 15 वी) या परिवर्तनीय आउटपुट वोल्टेज के साथ उपलब्ध हैं। उन्हें उस अधिकतम करंट से भी रेट किया जाता है जिसे वे पास कर सकते हैं। नकारात्मक वोल्टेज नियामक मुख्य रूप से दोहरी आपूर्ति में उपयोग के लिए उपलब्ध हैं। अधिकांश नियामकों में अत्यधिक करंट ('ओवरलोड प्रोटेक्शन') और ओवरहीटिंग ('थर्मल प्रोटेक्शन') से कुछ स्वचालित सुरक्षा शामिल है। कई निश्चित वोल्टेज नियामक आईसी में 3 लीड होते हैं और पावर ट्रांजिस्टर की तरह दिखते हैं, जैसे कि 7805 (+5 वी, 1 ए) नियामक दाईं ओर दिखाया गया है। यदि आवश्यक हो तो उनमें हीट सिंक संलग्न करने के लिए एक छेद शामिल है।

चरण 6: प्रोग्रामिंग

Keil uVision सॉफ्टवेयर का उपयोग 89C51 के लिए प्रोग्राम को विकसित करने के लिए किया गया था और Orcad Capture / Layout का उपयोग हमारे कस्टम मेड PCB को डिजाइन और फैब्रिकेट करने के लिए किया गया था।

सभी प्रकार की MT8870 श्रृंखला सभी 16 DTMF टोन युग्मों का पता लगाने और उन्हें 4-बिट कोड आउटपुट में डिकोड करने के लिए डिजिटल काउंटिंग तकनीकों का उपयोग करती है। बिल्ट-इन डायल टोन रिजेक्शन सर्किट प्री-फ़िल्टरिंग की आवश्यकता को समाप्त करता है जब

इनपुट सिग्नल पिन 2 (IN-) पर दिया गया था, सिंगल-एंडेड इनपुट कॉन्फ़िगरेशन को प्रभावी माना जाता है, DTMF टोन का सही 4-बिट डिकोड सिग्नल Q1 (पिन 11) के माध्यम से Q 4 (पिन 14) आउटपुट में स्थानांतरित किया जाता है। 89C51 IC के पोर्ट 1 के इनपुट पिन P1.0 (पिन 1) से P1.3 (पिन 4)। AT89C51 कंट्रोलिंग यूनिट है। इस परियोजना में, यह प्राप्त किए गए टोन के अनुरूप बाइनरी कोड को स्वीकार करता है और मोटरों को चलाने के लिए बाइनरी कोड ड्राइवर आईसी को भेजा जाएगा। माइक्रोकंट्रोलर के पोर्ट पिन P2.0 से P2.3 तक के आउटपुट को दो गियर वाली DC मोटरों को चलाने के लिए क्रमशः मोटर चालक L293D के IN4 के माध्यम से इनपुट IN1 में फीड किया जाता है। एक मैनुअल रीसेट स्विच का भी उपयोग किया जाता है। डीसी मोटर्स को चलाने के लिए माइक्रोकंट्रोलर आउटपुट पर्याप्त नहीं है, इसलिए मोटर रोटेशन के लिए वर्तमान ड्राइवरों की आवश्यकता होती है। L293D में चार ड्राइवर होते हैं। पिन आईएन१ से आईएन४ और आउट१ भर ४ में इनपुट और आउटपुट पिन हैं, क्रमशः ड्राइवर १ से ड्राइवर ४ तक।

चरण 7: कार्यक्रम

ओआरजी 000H

प्रारंभ:

MOV P1, #0FH

MOV P2, #000H

एल1: एमओवी ए, पी1

सीजेएनई ए, #04एच, एल2

एमओवी ए, #0एएच

एमओवी पी2, ए

एलजेएमपी एल1

एल2: सीजेएनई ए, #01एच, एल3

एमओवी ए, #05एच

एमओवी पी2, ए

एलजेएमपी एल1

एल3: सीजेएनई ए, #0एएच, एल4

एमओवी ए, #00H

एमओवी पी2, ए

एलजेएमपी एल1

एल4: सीजेएनई ए, #02एच, एल5

एमओवी ए, #06H

एमओवी पी2, ए

एलजेएमपी एल1

एल5: सीजेएनई ए, #06एच, एल1

एमओवी ए, #09एच

एमओवी पी2, ए

एलजेएमपी एल1

समाप्त

चरण 8: पीसीबी निर्माण

पीसीबी का निर्माण 4 चरणों में पूरा हुआ:

1. घटक लेआउट डिजाइनिंग

2. पीसीबी लेआउट डिजाइनिंग

3. ड्रिलिंग

4. पीसीबी नक़्क़ाशी

पीसीबी घटकों को ऑर्कैड कैप्चर सॉफ्टवेयर का उपयोग करके स्थापित किया गया था और कनेक्शन को डिजाइन करने के लिए ऑर्काड लेआउट में आयात किया गया था। तब लेआउट को साफ किए गए तांबे के बोर्ड पर छपाई के लिए प्रतिबिंबित किया गया था। छपाई के बाद (हमने सफेद कागज पर लेआउट को प्रिंट करने के लिए पाउडर डाई-आधारित प्रिंटर का इस्तेमाल किया और तांबे के बोर्ड की सतह पर छाप को गर्म करने और स्थानांतरित करने के लिए लोहे के बक्से का इस्तेमाल किया। फेरिक क्लोराइड समाधान का उपयोग करके अतिरिक्त तांबे को निकाल दिया गया था और उत्प्रेरक के रूप में हाइड्रोक्लोरिक एसिड की एक छोटी मात्रा का उपयोग किया गया था। बोर्ड को ठीक से खोदने के बाद, एक हैंडहेल्ड पीसीबी ड्रिलर का उपयोग करके छेद ड्रिल किए गए थे। घटकों को खरीदा गया था और ध्यान से बोर्ड पर मिलाया गया था। आईसी के लिए, गतिरोध को पहले मिलाप किया गया था जिस पर आईसी लगा दी गई है।

चरण 9: परीक्षण

अपेक्षित रूप से काम करने के लिए रोबोट के लिए, हमने NokiaC1-02 मोबाइल हैंडसेट पर स्वचालित उत्तर देना सक्षम किया जिसे हमने रोबोट पर एक रिसीवर के रूप में उपयोग किया था। इसलिए जब भी कोई उस नंबर पर कॉल करता है, तो सेलफोन अपने आप जवाब देता है। जब कॉलर टोन स्विच दबाता है, तो रिसीवर हैंडसेट इसे प्राप्त करता है और इसे ऑडियो आउट के माध्यम से डीटीएमएफ डिकोडर को भेजता है। डिकोडर उस कुंजी को डिकोड करता है जिसे दबाया गया था और 89C51 माइक्रोकंट्रोलर को सूचित करता है। माइक्रोकंट्रोलर तब मोटर चालकों के माध्यम से रोबोट को उपयुक्त नियंत्रण आदेश जारी करता है।

चरण 10: संदर्भ

www.keil.com/dd/docs/datashts/atmel/at89c51_ds.pdf