🖐🏾 🤶🏼 👩🏻‍🔬 Robótica - haciendo la plataforma básica para el futuro robot 🧒 🌻 ✊🏼

Peppy / kind (subrayado necesario) hora del día y buen humor! Quiero contar y mostrar el proceso, ya que se me ocurrió (diseñado) e hice el chasis básico para un robot de cuatro ruedas.

Chicos familiares volvieron a mirarme con una solicitud para ayudar a que el robot fuera "más serio". Esta vez se decidió no hacer un robot completo, sino algún tipo de plataforma básica que permitiera construir una mayor funcionalidad del robot, posiblemente con variaciones, sin distraerse con preguntas sobre el chasis, los motores, el sistema de alimentación e, idealmente, sobre un sistema local o remoto gestión

El propósito de esta publicación es mostrar el proceso de desarrollo y fabricación de dicha plataforma. Por lo general, en artículos sobre robótica, se muestran dispositivos listos para usar, que demuestran lo que se ha hecho y cómo funciona como resultado. Esto es interesante, por supuesto. Pero con mayor placer, leo artículos que muestran gradualmente cómo se hace, por qué y la descripción de cualquier punto o pensamiento en particular. Trataré de describir en detalle cómo iba la plataforma móvil en casa. Este artículo es una lectura de perfil para la relajación. Probablemente preparé el artículo en sí mismo más de tres veces más de lo que hice la costura. No pretendo ser una descripción completa, de alta tecnología, intensiva en ciencia, innovadora y libre de errores ... Pero espero que para alguien ayude dar algunos primeros pasos y mostrar que la electrónica modular moderna no es nada difícil,aunque no es tan simple como parece. "Los tíos están jugando autos nuevamente en lugar de hacer negocios serios". Pero debes hacer algo por aquellos que no pueden crecer. Precaución: debajo del corte habrá mucho texto y muchas imágenes indecentes.

Prólogo

Ya hice, o más bien ensamblé, el robot RASH1. Este robot difícilmente se puede llamar hecho a mano, ya que la plataforma está absolutamente ensamblada en componentes terminados. Es interesante el sistema de control para dicha plataforma, construido sobre la base de un pequeño enrutador con un sistema cyberWRT, que le permite controlar el robot desde cualquier dispositivo a través de un navegador. Confieso que el propósito del trabajo fue más demostrar el proceso de desarrollo en sí mismo en términos de metodología y documentación que en la fabricación directa. Se archivó un artículo casi conceptual sobre Haber, según mi buena fe, ya que pensé que ya que estaba tratando de describir el desarrollo, lo haría para todos, especialmente desde que la startup inicialmente tenía como objetivo el código abierto y los chicos no estaban en contra de tal iniciativa .

Si mira el video, asegúrese de que los motores chinos para 300 rublos sean muy diferentes y, a veces, no sea fácil elegirlos de la misma manera, especialmente si no hay otros. Y, si giran de manera diferente, entonces el robot no conducirá directamente. Aunque, por su deseo de arrastrarse nuevamente hacia la izquierda, no dejó indiferente a ningún hogar, tal efecto es claramente indeseable. Puede configurar codificadores y ajustar mediante programación la rotación de las ruedas. Si no hay codificadores, entonces puede calcular empíricamente cuánto necesita reducir la velocidad (reducir el nivel de voltaje) un motor más rápido para que el robot se mueva en línea recta y sin problemas. Sin embargo, a medida que las baterías / acumuladores se descargan, las características del "punto de operación" ajustado cambiarán y a diferentes voltajes los motores se comportarán de manera bastante diferente: el robot comenzará a "levantarse" en alguna dirección. Además de esto,controlar el robot a través de cyberWRT todavía no es perfecto: la conexión se interrumpió, a veces la imagen desapareció, no recuerdo exactamente, parece que el control de los botones táctiles no funcionó en absoluto en Firefox. Después de volver a conectarse al robot, todo se restauró, es decir, se reparó sin reiniciar el enrutador, tal vez hubo algún tipo de mal humor en la conexión entre la computadora / teléfono-enrutador-enrutador_en_trabajo. Vale la pena señalar que cyberWRT simplemente resuelve el problema de la organización de la gestión, lo que hace posible escribir su propio módulo y convertir, en términos generales, WEB por un lado a UART por el otro. Hay suficiente información en ruso en Internet, y también hay bastante información activa.Después de volver a conectarse al robot, todo se restauró, es decir, se reparó sin reiniciar el enrutador, tal vez hubo algún tipo de mal humor en la conexión entre la computadora / teléfono-enrutador-enrutador_en_trabajo. Vale la pena señalar que cyberWRT simplemente resuelve el problema de la organización de la gestión, haciendo posible escribir su propio módulo y convertir, en términos generales, WEB por un lado a UART por el otro. Hay suficiente información en ruso en Internet, y también hay bastante información activa.Después de volver a conectarse al robot, todo se restauró, es decir, se reparó sin reiniciar el enrutador, tal vez hubo algún tipo de mal humor en la conexión entre la computadora / teléfono-enrutador-enrutador_en_trabajo. Vale la pena señalar que cyberWRT simplemente resuelve el problema de la organización de la gestión, lo que hace posible escribir su propio módulo y convertir, en términos generales, WEB por un lado a UART por el otro. Hay suficiente información en ruso en Internet, y también hay bastante información activa.WEB por un lado en UART por el otro. Hay suficiente información en ruso en Internet, y también hay bastante información activa.WEB por un lado en UART por el otro. Hay suficiente información en ruso en Internet, y también hay bastante información activa.Una comunidad que puede ayudar a resolver las cosas. Bueno, el robot resultó ser más para demostración y estudio que para uso puramente práctico. Manejó de manera divertida e inteligente sin un segundo piso, pero se puso triste cuando se agregó un enrutador con un pequeño concentrador USB y una cámara de video.

Por sí solo, ensamblar el robot RASH1 permite completamente a los principiantes en robótica dar sus primeros pasos sin centrarse en el desarrollo de la electrónica, poniendo un mínimo de esfuerzo con un soldador en sus manos (hay una placa cableada lista para usar que se puede soldar fácilmente), pero, sin embargo, resulta Robot hágalo usted mismo: estoy seguro de que un ingeniero robot robot normal no podrá crecer solo con algunos diseñadores electrónicos con forma de pierna. En principio, esto ya es suficiente: el robot resultante, y sin control a través de cyberWRT, le permite programar su comportamiento. Es suficiente comprender Arduino ( circuitería y programación ), dominar el concepto de modulación de ancho de pulso ( enlace 1 , enlace 2) y en Internet busque ejemplos del uso de ciertos sensores.

Por ejemplo, el firmware básico tiene un modo autónomo, que se activa presionando un botón en el robot y permite que el robot viaje en interiores, idealmente, sin colisiones con objetos: un sonar (sensor ultrasónico) monitorea constantemente la situación frente al robot y, cuando se detecta un obstáculo, el robot deja de moverse y comienza un poco de fantasía. Algoritmo de giro en U, cuya esencia es obtener giros aleatorios para dejar triunfalmente cualquier trampa de los muebles dispuestos astutamente por las personas. Puede agregar otro sonar, mejorando la "visión" del robot. Puede conectar un sensor de luz y, de acuerdo con sus valores, encender o apagar los "faros" del robot, para que sea más visible en todos los rincones oscuros debajo de las mesas y sillas. O conecte un sensor de movimiento, por ejemplo, el económico HC-SR501 (basado en el chip BISS0001) para enseñarle al robot a esconderse de las personas.En general, considerables espacios abiertos para la creatividad, el entretenimiento y el conocimiento de cómo funciona la electrónica a un nivel "bajo".

Después de RASH1 me resultó interesante e hice el robot RASH2. Este robot ya se puede clasificar como hecho a mano. La plataforma comprada se tomó como la base, la base de fibra de vidrio superior e inferior, los bastidores, los motores, todo esto es un conjunto único, comprado en el "gran Internet chino".

Este robot ya tiene su propia electrónica desarrollada, que está hecha en una placa de prueba, a la que se sueldan los conectores, y el cableado desempeña el papel de las pistas. La energía se suministra, no desde baterías / acumuladores AA, sino desde cuatro baterías de iones de litio de tamaño 18650. Se instalan servovariadores que permiten que la "cabeza" del robot gire en dos planos. Una cámara de video y un sonar están instalados en la "cabeza" del robot. En modo automático, el robot ya no necesita girar por completo, solo "mira alrededor" con el sonar. El robot tiene los mismos motores "amarillos" que el anterior, y originalmente se concibió como una tracción delantera, pero luego tuvo que convertirse en tracción total debido a que no tenía ninguna dinámica debido a un peso decente. Los codificadores ya están instalados, pero no tienen mucho sentido,dado que el robot es bastante pesado y las ruedas adyacentes en un lado se frenarán por sí mismas. El sistema de control también se basa en un enrutador TL-MR3020 con firmware cyberWRT.

El diseño de un robot de este tipo es perfecto para aquellos que desean obtener experiencia en el desarrollo inicial y seguir adelante: desarrollo independiente de la electrónica, soldadura completa de acuerdo con su esquema básico, diseño y montaje propio, comprensión del control de servos ( artículo de Amperka ). En Internet puede encontrar una ballena similar, casi lista, que incluye los componentes necesarios: lo hice y lo ensamblé con palos y ... en general, de lo que tenía a mano, periódicamente se usaba perforación, molienda, pegado, atornillado, incluso cinta adhesiva. donde sin el

Pensamientos sobre un nuevo robot

Y ahora, ahora un nuevo robot. ¿Qué queremos de él?

Queremos que la plataforma sea fuerte, que levante la carga, con una buena distancia cruzada y al suelo. Queremos obtener una plataforma universal, para no hacer una nueva cada vez, sin embargo, la práctica de la vida generalmente demuestra lo contrario, pero a medida que comienzan muchos desarrollos, este es un deseo normal y saludable. ¿Cuál es la imagen de una plataforma universal basada en los requisitos descritos anteriormente? Este es probablemente un chasis de metal, cuatro motores con buena potencia y ruedas grandes. Obviamente, es mejor cerrar los motores en un compartimento cerrado separado. Sería bueno quitar el controlador de motores, baterías y algún tipo de electrónica de potencia en este compartimento del motor. Por ejemplo, los mismos convertidores de voltaje CC / CC, si están presentes. No quiero cambiar las pilas, igual queasí como no quiero sacar las baterías para recargarlas: todo está dentro de la plataforma y permitir que pueda recargar las baterías. Para equipos adicionales, será posible instalar bastidores metálicos y organizar un "segundo piso" en la plataforma.

En primer lugar, dividí el proceso de creación de un robot completo en dos partes: crear algún tipo de plataforma universal y crear un robot basado en esta plataforma universal. Esto le permite no pensar en el robot como un todo, pensando solo en la unión de estas dos partes. A continuación hablaremos solo de la plataforma.

El segundo punto importante es la división de la plataforma en dos partes. La primera parte ya se ha descrito: motores y potencia. Pero los motores necesitan ser controlados. El dispositivo de control, obviamente, se basará en algún tipo de microcontrolador: ¿se debe quitar dentro del compartimiento del motor o no? La tentación es hacer una plataforma independiente completamente preparada. Pero la racionalidad sugiere que el microcontrolador es solo para controlar motores, además de algún tipo de interfaz para recibir comandos es un gasto inútil de un recurso informático. Por lo tanto, es mejor aislar esta parte del compartimento de potencia del motor.

Como resultado de la reflexión, la idea misma se forma de la siguiente manera. Hay una plataforma cerrada, dentro de la cual hay motores, un controlador para los motores y una fuente de alimentación con la electrónica de potencia necesaria. Obviamente, es mejor tener algún tipo de placa de conexión central a la que se conectarán todos estos componentes. Además, esta placa tendrá la electrónica necesaria para obtener el voltaje correcto. Llamamos a este tablero un tablero de poder. En la plataforma hay una placa con un microcontrolador, que se conecta a la placa de alimentación, recibe energía de ella y le emite comandos para los motores. La placa del microcontrolador también puede controlar otros equipos de robot. Este tablero se llamará tablero de control.

Por lo tanto, el proceso de desarrollo de todo el robot se "aserra" condicionalmente en dos (tres) partes: la creación de la plataforma (y su administración) y dibujamos una lechuza para crear el resto del "kit de cuerpo", que convierte nuestra plataforma en un robot completo. Un punto importante: cuando trabajas en cada etapa, no tienes que pensar especialmente en los demás, piensa bien en las "articulaciones" entre estas partes.

Motores y Potencia

Después de todos estos pensamientos, la selección de componentes para la plataforma ha comenzado.
Después de estudiar las propuestas, elegí los motores de la familia JGA25-370.

A juzgar por la descripción de esta serie de motores, tienen un rango de voltajes operativos de 3-36 V, voltajes nominales de 6-24 V. Estos motores están disponibles con diferentes velocidades, cajas de cambios y, en consecuencia, tienen diferentes pares (0.1-10 kg * cm ) El tamaño y las ubicaciones de montaje de toda la serie son los mismos, por lo que obtenemos una buena solución universal en términos de modificaciones futuras: para una plataforma más pesada y de mayor torque, por ejemplo, puede colocar motores con una velocidad más baja, pero más torque. Tensión nominal típica para motores de 6, 12 y 24 V. Una pregunta importante: ¿qué clasificación elegir?

En relación con la elección de la potencia del motor, surge la cuestión de organizar una fuente de alimentación autónoma para toda nuestra plataforma. No quería usar baterías y baterías recargables de tamaño estándar AA o AAA. Quería usar baterías realmente amplias. Elegí baterías de iones de litio de tamaño 18650, cuya capacidad varía de 1000 mAh a 3500 mAh. Ya tengo una experiencia positiva trabajando con ellos, un buen dispositivo para cargar, y las baterías en sí mismas se usan activamente en la vida cotidiana, es decir, para mí esto no es una novedad.

Las baterías de iones de litio tienen un número suficientemente grande de ciclos de carga / descarga, tiempos de carga rápidos con una corriente relativamente alta, no hay efecto de memoria (aunque según algunos informes es, aunque insignificante, es), un bajo nivel de autodescarga, menos peso en comparación con ácido o alcalino baterías, mayor capacidad en comparación con las baterías NiMH. Sin embargo, debe recordarse que a estas baterías no les gusta el calor excesivo (probabilidad de explosión) o el enfriamiento excesivo (disminución de la capacidad). No pueden descargarse profundamente, cargarse muy rápido o descargarse muy rápidamente (no consideraremos baterías de alta corriente). Si la batería está muy descargada, probablemente fallará con la posibilidad de despresurización al intentar cargarla. Si la batería tiene fugas,entonces, a fuertes corrientes existe la posibilidad de ignición de litio, pero no será posible extinguir dicha batería con agua; el litio reacciona con el agua, formando álcali e hidrógeno. ¿Por qué todos estos miedos? Lo que debe comprender: el uso de tales baterías es un asunto serio (recuerde acerca de los periódicosExperiencia Samsung ).

El voltaje nominal de una celda de iones de litio 18650 es 3.6-3.7 V. Una celda completamente cargada produce 4.1-4.2 V. Pero con un voltaje mínimo es más difícil: el voltaje de descarga final depende del tipo de batería y esta cifra puede fluctuar en el rango de 2.6-3.2 V. Es posible descargar aún más bajo, pero esta es la forma correcta de degradación rápida de la batería. Decidí criticar la evaluación del voltaje emitido por la batería en el rango de nominal-máximo. Luego resulta que los conjuntos de dos, tres y cuatro baterías consecutivas nos dan rangos de 7.2-8.4 V, 10.8-12.6 V, 14.4-16.8 V. De este conjunto necesitamos obtener dos voltaje: algo de voltaje para alimentar los motores y 5 V para alimentar los componentes electrónicos. Un conjunto de dos baterías puede alimentar motores de 6 V utilizando un convertidor CC / CC reductor,pero la diferencia entre el valor mínimo de voltaje (cuando la batería se descarga al nominal será de 7,2 V) y 6 V será del orden de 1,2 V, lo que puede no ser suficiente para el funcionamiento estable del convertidor de reducción de CC / CC; para evitar problemas, es necesario tener una diferencia voltajes entre su entrada y salida de al menos 2 V (de hecho, puede haber menos para convertidores de baja caída, pero no nos centraremos en ellos). Un conjunto de tres elementos es muy adecuado para nosotros, obtendremos los voltajes necesarios mediante el uso de convertidores CC / CC reductores. Los motores también pueden funcionar con 9 V, luego, en el peor de los casos, obtenemos una diferencia de 1.8 V, que debería ser suficiente. También es adecuado un conjunto de cuatro elementos, pero debe comprender que una batería adicional es un peso extra y espacio, aunque el consumo de energía de toda la batería es alto.

La segunda forma de organizar la fuente de alimentación es usar conexiones paralelas de las mismas baterías y un convertidor CC / CC de refuerzo. Luego, de 3.6-4.2 V, el voltaje puede incrementarse hasta 5 V para electrónica y hasta 6-9 V para motores. Parece que la capacidad de un conjunto de batería de este tipo es fácil de variar agregando nuevos elementos, pero no olvide que las baterías utilizadas deberían tener una capacidad y resistencia interna similares.

Hay tableros de control especiales para cargar / descargar series o baterías paralelas. Los controladores de protección protegen el conjunto de la batería de una carga o descarga excesiva (control de voltaje), cortocircuito, que excede la corriente de descarga permitida. Cuando se usan tarjetas tan simples, se requiere una fuente de alimentación externa con una limitación de la corriente de carga. Los controladores de carga / descarga pueden cargar independientemente las baterías de acuerdo con el método cc / cv con corriente de carga limitada. Los controladores avanzados para la conexión en serie de baterías también pueden proporcionar una carga individual para cada batería: equilibre los elementos de la batería.

Elegí una conexión de batería en serie usando una placa de protección y un cargador externo. En el futuro, una placa de control tan simple se puede reemplazar con un controlador de carga equilibrado. Aunque no es necesario equilibrar con una conexión paralela, debe tenerse en cuenta que con un fuerte desgaste de cualquier batería, el controlador no podrá detectar esto y esto puede estar cargado de algo. También vale la pena considerar el hecho de que los modos de funcionamiento de cada batería serán diferentes. Por ejemplo, al quitar la misma potencia, las baterías con una conexión en paralelo tendrán que dar más corriente que con una conexión en paralelo.

Por lo tanto, son adecuados los motores con un voltaje nominal de 6 V y un rango de funcionamiento de 3-9 V. Elegí un motor con una velocidad de 281 rpm y un consumo de 80 mA en modo inactivo. Bajo carga, la velocidad cae a 238 rpm, la corriente aumenta a 380 mA, mientras que el motor produce 2 vatios de potencia y desarrolla un par de 0,5 kg * cm. Cuando el motor se detiene, el par aumenta a 4 kg * cm y la corriente a 900 mA. Todas estas características fueron tomadas de una placa publicada en el sitio web de uno de los vendedores de productos, ya que no pude encontrar una "hoja de datos" normal.

Chasis y ensamblaje de chasis

Los motores que ordené son los siguientes.

Si miras la foto, puedes ver las ranuras en los ejes que sobresalen de los motores. Se encontró un conjunto de acoplamientos y ruedas para estos motores.

Ruedas con un diámetro de 80 mm, goma blanda, tachonada.

La base que iba a hacer a partir de esquinas anchas de aluminio (o algo similar que se puede encontrar en las tiendas de construcción) con la ayuda de la cual puedo hacer un marco "a bordo", que puede cubrirse con algunas placas de metal ligeras y fuertes. Se taladran agujeros en los lugares correctos y se cortan los hilos según sea necesario. Sin embargo, al principio decidí buscar lo que la industria china puede ofrecer. Y encontré una ballena: un kit de chasis para construir un robot, que contenía el cuerpo en sí, los motores, embragues y ruedas antes mencionados, así como el compartimento de la batería AA, un interruptor de encendido, una toma de corriente y sujetadores. El caso en sí tiene muchos agujeros, lo que lógicamente lo hace más fácil y su presencia debería minimizar la cantidad de trabajo de cerrajería.

Habiendo estimado el tamaño y el volumen del espacio interno (en paralelo, se eligió la electrónica para la plataforma, que se suponía que encajaría en este caso), pedí este kit. En los motores entrantes, como se puede ver arriba, por alguna razón, dice JGA25-370-9v-281rpm. Por qué exactamente 9v, cuando el valor nominal de este subgrupo es 6 V, no lo entendí, pero probablemente los chinos saben mejor qué escribir para vender mejor.

El caso en sí pesa casi 400 gramos. De qué material está hecho, me resulta difícil responder, pero no parece aluminio puro.

Retire la cubierta e instale los motores. Los agujeros para los motores tienen un diámetro solo para los tornillos M3, no queda margen para ajustar la posición, pero debemos rendir homenaje, esto no causó problemas: los agujeros coinciden claramente con las roscas de la carcasa del motor.

Instalamos acoplamientos.

Y sujetar las ruedas.

El resultado fue una plataforma terminada con una distancia al suelo de aproximadamente 23 mm.

El peso del chasis "vacío" era un poco más de un kilogramo. ¿Recuerdas las imágenes con la medición de masa de partes individuales? 393+ (58 + 85 + 20) * 4 = 1045 gramos. Todo en la colección pesa 1057 gramos. 12 gramos añadieron 16 tornillos.

Aquí hay una plataforma bastante bonita.

Circuito electrico

Aquí vale la pena explicar un punto importante por qué esta ballena en particular. El hecho es que si presentamos el caso nosotros mismos, entonces su volumen interno puede hacerse arbitrario. El estuche comprado nos proporciona un volumen estrictamente fijo en el que todo debería caber. Idealmente, también hay un margen para quedarse. Esto debe tenerse en cuenta inicialmente y entenderse: si el relleno necesario se ajustará en este caso particular o no y si será necesario cambiar la electrónica o elegir otro. Dentro de la caja se instalarán: motores, una batería, un controlador para los motores, una placa de alimentación, en la que también se ubicará algún tipo de electrónica, los mismos convertidores de voltaje.
Parece claro lo que tendremos exactamente dentro. ¿Pero cómo se unirá todo? Si tiene una idea, pero no puede crear su imagen, no tiene idea. En electrónica, resulta que debería haber dos imágenes, una visual, que ya es bastante representable, y una eléctrica (de hecho, también hay una algorítmica, cuando el comportamiento del dispositivo está determinado por sus capacidades de hardware y / o software (firmware funcional)).

Paso mucho tiempo camino al trabajo. En términos generales, con el enfoque correcto, el largo camino puede convertirse en una ventaja al leer libros, ver / escuchar programas de ciencia populares o audiolibros que nunca hubiera leído, escuchado o visto. Gracias a estas condiciones, me hice fan y escuché todas las historias del Modelo para ensamblar (para que no hubiera preguntas en los comentarios - artículo de Wikipedia ). La fornicación de robots no fue una excepción, y pensé y dibujé el diagrama de circuito de la plataforma en el camino en la tableta .

El diagrama se dibuja en OneNote. Se puede hacer clic en la imagen. Sí, me da vergüenza: el diagrama del circuito parece sin principios. Las últimas tres semanas no me puedo tomar el tiempo para finalizar el artículo, y la pregunta ya ha surgido: publicar algo o posponerlo para más tarde. Decidí publicarlo así, de lo contrario, "para más tarde" podría estar lleno. Dibujaré circuitos normales. Reemplazaré las imágenes. Por otro lado, este diseño se ve en el estilo del bricolaje original. En el trabajo o en casa, cuando se forma una idea, primero se toma una hoja de papel y un lápiz ordinario ...

Veamos el concepto de qué y con qué nos conectaremos. Tres baterías de formato 18650 están conectadas al controlador de baterías de iones de litio D1. Todo el circuito tiene una "tierra común", a la cual está conectada la salida del controlador P D1. La salida P +, a través del fusible FU1 y el interruptor SW, está conectada a las entradas CC / CC de los convertidores D3 y D4. El convertidor D3 genera voltaje para motores, D4 - para alimentar todos los componentes electrónicos. Las salidas de estos convertidores están conectadas al controlador del motor D5, al que están conectados los motores. Los motores laterales izquierdo ML1, ML2 están conectados al canal MA, y los motores de estribor MR1, MR2 están conectados a MB. El controlador es de dos canales, esto significa que será posible controlar dos grupos de motores (canales A y B), pero no individualmente por cada motor. Para controlar la velocidad y la dirección de rotación de los motores, los puertos ENA, ENB,IN1-IN4. El circuito resistivo que forma el voltaje Vbat 'se selecciona para formar un voltaje de telemetría Vbat del paquete de baterías en el rango de 0 ... 5 V. Si Vbat = 13 V (que no debería ser, ya que la batería puede dar un máximo de 12,6 V, pero estoy un poco seguro), entonces Vbat '= 3,94 V (es decir, el valor está garantizado para no ir más allá de 5 V). La corriente que fluye a través del circuito resistivo a 12 V será de 3.6 mA, y consideré estas pérdidas aceptables (aproximadamente 0.1% a una capacidad de batería de 3000 mAh). A la entrada del controlador D1, se conecta un enchufe para suministrar energía externa. Pero, vemos en el diagrama que está conectado a través del relé D2.dado que la batería puede producir un máximo de 12,6 V, pero tengo un poco de reaseguro), entonces Vbat '= 3,94 V (es decir, se garantiza que el valor no superará los 5 V). La corriente que fluye a través del circuito resistivo a 12 V será de 3.6 mA, y consideré estas pérdidas aceptables (aproximadamente 0.1% a una capacidad de batería de 3000 mAh). A la entrada del controlador D1, se conecta un enchufe para suministrar energía externa. Pero, vemos en el diagrama que está conectado a través del relé D2.dado que la batería puede dar un máximo de 12,6 V, pero tengo un poco de reaseguro), entonces Vbat '= 3,94 V (es decir, el valor está garantizado para no superar los 5 V). La corriente que fluye a través del circuito resistivo a 12 V será de 3.6 mA, y consideré estas pérdidas aceptables (aproximadamente 0.1% a una capacidad de batería de 3000 mAh). A la entrada del controlador D1, se conecta un enchufe para suministrar energía externa. Pero, vemos en el diagrama que está conectado a través del relé D2.A la entrada del controlador D1, se conecta un enchufe para suministrar energía externa. Pero, vemos en el diagrama que está conectado a través del relé D2.A la entrada del controlador D1, se conecta un enchufe para suministrar energía externa. Pero, vemos en el diagrama que está conectado a través del relé D2.

Primero, quiero explicar la presencia de una resistencia de 10 kOhm, tirando uno de los terminales en el conector de alimentación a un voltaje de 5 V. Tenemos un conector de alimentación con tres salidas. Un par de salidas transmiten el voltaje de la fuente de energía. La tercera salida es informativa. Se acorta a la salida negativa (está conectado a tierra con nosotros) si no hay un enchufe en el zócalo y se abre si el enchufe se inserta en el zócalo. Por lo tanto, obtenemos la señal de telemetría de Vinon sobre la conexión de la fuente de alimentación: si Vinon '= 0 voltaje, entonces la alimentación externa no está conectada, si Vinon' = 5 V - conectado. Una resistencia de 10 kOhm eleva esta salida a 5 V. Cuando se conecta un enchufe, una corriente de 0.5 mA fluirá a través de la resistencia, lo cual es bastante aceptable.

Cuando conecta una fuente externa a través de un relé D2 normalmente cerrado y un fusible FU1, las baterías comenzarán a cargarse. Un relé normalmente cerrado significa que sus terminales siempre están cerrados y abiertos solo cuando se aplica voltaje al contacto de control. ¿Por qué retransmitir D2? Supongamos que no tenemos este relé. Si la fuente de alimentación está conectada a la plataforma, pero olvidó enchufarla a la toma de corriente, ¿cómo sabe la placa del microcontrolador si la batería se está cargando ahora o no? ¿Y si la fuente de alimentación está enchufada pero no da tensión? ¿O todo funciona, pero la fuente de alimentación produce solo 10V en lugar de la puesta a 12V? Y, si conecté dicha fuente (que produce solo 10 V) a la batería, que aún no está completamente descargada y produce 11 V,entonces, ¿cómo me entero: estos 11 V están formados por la batería (que en realidad no produce más de 10 V) o una fuente externa? Para tales situaciones, se desarrolló un algoritmo para el cual se requirió un relé. Aprendemos sobre cómo conectar una fuente de energía externa a través de la telemetría de Vinon. Apague el relé y mire la telemetría de Vin. Si es adecuado y este voltaje está en el rango esperado, encienda el relé y señale el proceso de carga. Si no le conviene, no encienda el relé y señale un mal funcionamiento. Deje que la placa de control a bordo y no la plataforma se ocupen del proceso de análisis e indicación. Para hacer esto, le daremos todos los voltajes necesarios y una señal de control para el relé de Vinoff. La entrada de control del módulo de relé a través de una resistencia de 10 kΩ se extrae a 5 V, proporcionando un relé constante encendido. Al aplicar 0 V a esta entrada, el relé se apagará.

Pero, ¿por qué, precisamente, el relé mecánico antediluviano? Después de todo, puede poner un transistor MOSFET. Había tal idea, pero tuve que abandonarla. Los transistores MOS modernos tienen baja resistencia (decenas de miliohmios) en estado abierto y con un flujo de corriente de 2-5 A no habrá una caída de voltaje muy significativa y, como resultado, calentamiento: una caja del transistor en sí puede disipar una pequeña potencia incluso sin un radiador. Pero todo esto se refiere al esquema en el que dicha clave digital controlará la conexión de la fuente de alimentación a la carga pasiva. Ponemos un transistor entre dos fuentes, como resultado de lo cual la diferencia de voltaje entre el drenaje y la fuente puede ser significativa, lo que conducirá a una mayor generación de calor y el transistor estará muy caliente. TambiénPara abrir o cerrar el transistor, será necesario hacer un circuito de control (controlador), ya que el nivel de voltaje de control desde la placa del microcontrolador es de 5 V, que no es suficiente para crear una diferencia de voltaje de fuente de puerta para controlar el transistor (para controlar el transistor, por ejemplo, IRFZ44N tenemos que aplicarlo) Obturador de 8-12 V para abrirlo). Si se trata de un módulo de relé listo para usar, que solo necesita conectar y que, si ya está cerrado, garantiza la conexión de la salida a la entrada sin problemas.que solo necesita conectar y que, si ya está cerrado, garantiza la conexión de la salida a la entrada sin problemas.que solo necesita conectar y que, si ya está cerrado, garantiza la conexión de la salida a la entrada sin problemas.

Por lo tanto, no solo obtuvimos una placa de conmutación, sino una placa de potencia completa. La placa está equipada con convertidores CC / CC, circuitos resistivos, un fusible y un montón de conectores para conectar la electrónica. Estructuralmente, se pueden distinguir dos conectores. Conector CON1, que conectará la batería, el interruptor / botón de encendido, el conector de alimentación, el módulo de relé, los motores, la placa del controlador del motor, todos los periféricos dentro de la plataforma. Y el conector CON2, cuyo propósito es conectarse a la placa de control. Las señales de telemetría y control de 5 V de voltaje se envían a este conector, y también es útil para "apagar" el voltaje del paquete de baterías Vbat: ofrecemos la oportunidad de "organizar un nivel más alto" en nuestros canales de alimentación con varios voltajes, por ejemplo, 6 V para alimentar servos.

Electrónica de chasis

La electrónica se seleccionó en paralelo con el desarrollo del circuito eléctrico del dispositivo.

La toma de corriente con un interruptor de palanca entró en funcionamiento desde el kit de chasis recibido. Seleccionamos y compramos un controlador para motores basado en el microcircuito L298N, placas de convertidor CC / CC XL4005, un módulo de relé anónimo, un compartimento de batería y una placa de montaje de 50x70 mm y un paso de agujero de 2,54 mm.

Además de esto, todavía necesitaremos los siguientes materiales.

En la parte superior de la foto, puede ver varios conectores de clavija largos con un paso de 2.54 mm, así como enchufes, debajo, contactos metálicos en el cable, a la izquierda, enchufes para ellos, a la derecha, tornillos, tuercas y arandelas M2. Los conectores en el tablero y el cable en diferentes tiendas se llaman de manera diferente. Por razones históricas, llamo a los conectores pin para la tarjeta PLS, las ranuras de la tarjeta - PBS, los conectores en el cable - BLS. En Internet en sitios extranjeros, dichos conectores se buscan a través del formulario "conector de 2,54 mm" o "conector dupont". Además, necesitará una variedad de consumibles: soldadura, fundente, cables, etc., así como un conjunto de herramientas manuales: pinzas, pinzas, destornilladores, etc., todos los que hacen bricolaje al menos tienen algo que hacer ( hágalo usted mismo ) hazlo tu mismo).

Antes de ordenar la electrónica y una caja, descubrí que la electrónica seleccionada debería caber en el espacio interior sin ningún problema. Ha llegado el momento de comprobarlo: organizamos la electrónica y marcamos futuros asientos.

Ahora comenzaremos a preparar las tablas.

Empecé con la batería. El controlador de las baterías de iones de litio se "plantó" sobre adhesivo termofusible y se soldaron los terminales de los contactos de acuerdo con el diagrama del circuito. Creo que los lectores estarán interesados en qué y qué herramienta se hizo, así que al final del artículo, debajo del spoiler, publiqué fotos de algunos equipos usados con mis breves comentarios. Se aplicó adhesivo de fusión en caliente usando una pistola de calor. Sin embargo, antes de eso tuve que trabajar, por así decirlo, para mejorar la confiabilidad de este compartimento. Advertiré a todos los que van a hacer algo: es mejor no cometer mi error y tomar compartimientos de batería más duraderos. En un momento, no pude encontrar tales compartimentos en el comercio minorista, y cuando lo hice, anoté muchos de ellos por la alegría de la simplicidad de mi alma. Y con ellos no todo es tan simple. Debido a que las baterías en este compartimento están agotadas,los sitios plus que no sobresalen simplemente no llegan al contacto. Además, todos los contactos con resorte giran, el contacto es malo. Por lo tanto, tuve que atornillar los pernos M2, morder el exceso, apretar las tuercas y apretar para mejorar el contacto. Pero me pareció que no era suficiente, y también soldeé completamente todas las conexiones. Porque, si se hace algo, entonces debe ser confiable, para que en el futuro no cause problemas y luego no vuelva a esto nuevamente.para que en el futuro no cause problemas y luego no vuelva a esto nuevamente.para que en el futuro no cause problemas y luego no vuelva a esto nuevamente.

Cabe señalar que para las baterías de iones de litio, se utiliza un controlador convencional sin equilibrio. Esto significa que cuando carga una de las tres baterías, el controlador probablemente interrumpirá la carga de todas las baterías. De hecho, es solo una placa de protección contra baja descarga y sobrecarga de baterías y control de corriente de descarga. Por lo tanto, es aconsejable utilizar baterías con la misma capacidad real. Si usa un controlador con equilibrio, la selección por capacidad es menos crítica y las baterías se usarán de manera más eficiente, pero dichos controladores son más caros y ocupan más espacio. ¿Cómo elegir baterías con la misma capacidad real? Después de todo, comprando las mismas baterías de la misma serie incluso de marcas, la capacidad puede variar en un 5-10%, y las baterías chinas con las inscripciones 6000-8000 mAh,en general, son baterías con una capacidad desconocida. Para medir capacidades reales, utilicé el cargador OPUS BT-C3100, bastante popular en mi entorno. Utilizándolo, se verificaron 12 baterías compradas y se seleccionaron tres, cuya dispersión de las capacidades es mínima y no excede varios por ciento. La capacidad de las baterías LG LGABC21865 se anunció en 2800 mAh, pero en realidad osciló en el rango de 2400-2500 mAh (probado con una corriente de 700 mA).pero en realidad osciló en el rango de 2400-2500 mAh (probado con una corriente de 700 mA).pero en realidad osciló en el rango de 2400-2500 mAh (probado con una corriente de 700 mA).

Una pequeña digresión en forma de reflexión. El cargador nos consideró la capacidad de las baterías, teniendo en cuenta su carga hasta 4.2 V y descarga, si no me confundo con OPUS BT-C3100, hasta 2.8 V. Nuestras baterías no deben descargarse por debajo del valor nominal de 3.5-3, 7 V. Es decir, nuestra capacidad de batería es mucho más baja que la medida. Esto debe tenerse en cuenta. Quizás en el futuro, valga la pena pensar en un paquete de cuatro baterías. ¿Es posible simplemente reemplazar la batería y la fuente de alimentación para cargarla? Vamos a estimar Tenemos un rango de voltaje de 14.4-16.8 V. Los convertidores de voltaje funcionan con un voltaje de entrada de hasta 32 V. Los divisores resistivos nos darán un rango de voltaje de señales de telemetría de 4.3-5.1 V, que va un poco más allá del rango superior 0-5 V. Pero esto se puede contrarrestar a nivel del tablero de control: si el voltaje de telemetría es de 5 V,entonces la batería estará casi cargada después de un tiempo. Por otro lado, si baja el voltaje de los motores a 6-7 V, puede descargar el paquete de baterías existente con más fuerza y usar las baterías de manera más eficiente; en este caso, solo necesita ajustar un convertidor de voltaje. A primera vista, hay espacio para futuras investigaciones sin cambiar el hardware en absoluto, y cómo interpretar exactamente las señales de telemetría dependiendo de la batería instalada se puede decidir a nivel del tablero de control, es decir, hasta que pueda pensarlo.puede descargar la batería existente con más fuerza y usar las baterías de manera más eficiente; en este caso, solo necesita ajustar un convertidor de voltaje. A primera vista, hay espacio para futuras investigaciones sin cambiar el hardware en absoluto, y cómo interpretar exactamente las señales de telemetría dependiendo del paquete de baterías instalado se puede decidir a nivel del tablero de control, es decir, hasta que pueda pensarlo.puede descargar la batería existente con más fuerza y usar las baterías de manera más eficiente; en este caso, solo necesita ajustar un convertidor de voltaje. A primera vista, hay espacio para futuras investigaciones sin cambiar el hardware en absoluto, y cómo interpretar exactamente las señales de telemetría dependiendo de la batería instalada se puede decidir a nivel del tablero de control, es decir, hasta que pueda pensarlo.

Limpié los cables de salida del paquete de baterías resultante con unos alicates especiales (pelacables) y los prensé en contactos metálicos con unos alicates (prensadores), para garantizar la fiabilidad, solde y coloqué cajas de plástico en ellos, después de haber recibido los conectores BLS. Al soldar, se usó una estación de soldadura, se usó POS-61 sin colofonia como soldadura, y FluxPlus NC-D500 sin arandela se usó como fundente.

Después de ensamblar el paquete de baterías e instalar las baterías en él, no dará nada. Así es como están dispuestos muchos controladores de baterías de iones de litio: desenergizan la carga durante cortocircuitos, descargas fuertes, exceso de corriente de descarga. Para "restablecer" la protección y poner la batería en forma de trabajo, es necesario aplicar 12-12.6 V a los contactos + P / -P. Lo mismo debe hacerse después de la primera conexión de las baterías al controlador. Después de eso, puede asegurarse de que la unidad libera voltaje si las baterías están conectadas correctamente al controlador.

Para cargar dichos conjuntos de baterías, hay fuentes de alimentación con un voltaje de salida de 12,6 V (3x4,2 V). Con dicha fuente de alimentación, las baterías se usarán de manera más eficiente, aunque puede usar fuentes de alimentación con un valor nominal de 12 V. Ya tengo una fuente de alimentación con una salida de 12.6 V y una corriente de 5 A. Si se compra una fuente de este tipo, debe asegurarse de que coincida él reclamó características. La prueba más simple es una prueba de carga. Para esto, utilicé resistencias cerámicas con un valor nominal de 1 ohm 10 vatios y 4.7 ohmios 10 vatios. Habiendo ensamblado un ensamblaje con una resistencia de 2.5 Ohms de tales resistencias, conecté una fuente de alimentación y medí el voltaje en su salida. Con una corriente nominal de 12.6 / 2.5 = 5 A, mi fuente de alimentación produjo 12.6 V, este es un excelente resultado. Fuentes de alimentación chinas en las que está escrito algo, como - 12V3A,a menudo comienzan a "ceder" en un 10-20% con una carga de solo 1 A.

Por analogía, se prepararon un interruptor y una toma de corriente.

El bloque de terminales se retiró del módulo de relé con un secador de pelo y los contactos PLS se soldaron. Para conectar este módulo a la placa de alimentación, hice cables - pelados, engarzados y soldados los cables de alimentación (a través de los cuales se conectarán el conector de alimentación y la batería) con una sección de 18-20 AWG. Y para el control, utilicé los cables que tengo, con núcleos más delgados que se buscan fácilmente con el nombre "Dupont".

Lo mismo se hizo con el controlador del motor.

En los convertidores DC / DC se soldaron "patas". Vale la pena mencionar que estos contactos están hechos de un metal que está bien soldado solo por flujo activo. Luego, en lugar de FluxPlus, uso LTI-120 seguido de limpiar los puntos de soldadura con un paño humedecido con isopropanol para eliminar los residuos de fundente.

Ahora estamos fabricando nuestra placa de circuito con electrónica. Para empezar, es bueno imaginar en general cómo y qué se conectará en el tablero. Es decir, intente dibujar una placa de circuito.

[Tablero de energía]

¿Adivina dónde se me ocurrió y "lamí" este tablero? Vemos dos conectores en el tablero, dos convertidores de voltaje. Hubo un puente adicional (puente extraíble), que puede instalarse excluyendo el fusible del circuito; lo hice específicamente debido a la falta banal de un fusible en el momento de la fabricación de la placa.

Cableado del tablero: el trabajo es bastante tedioso y laborioso. Para la alimentación, utilicé cables con una sección transversal de 18-20 AWG, para el resto de las señales: 26-30 AWG. ¿Por qué exactamente el tablero y los problemas con el cableado? Porque solo tenemos el primer prototipo. Algo puede cambiar, por lo que soldar el cableado es más fácil que cortar pistas y soldar todo tipo de puentes en una placa de circuito impreso terminada. Se necesita tiempo para hacer una placa de circuito impreso (separarla, hacer una máscara, un pepinillo, taladro, estaño, soldadura), es poco probable que requiera menos tiempo que hacer una placa de circuito con "cableado". Aunque la placa de circuito impreso será más confiable, se verá más profesional.

Por las mismas razones, los módulos convertidores CC / CC no se sueldan en la placa, sino que se implementan como módulos extraíbles, idealmente, después de la depuración inicial, deben sujetarse adicionalmente con un conector, por ejemplo, dejando caer pegamento caliente. No está mal de la misma manera para aumentar la fiabilidad de la conexión de todos los conectores. Pero, aunque tenemos un prototipo, es más conveniente para nosotros hacer todo lo extraíble, de modo que en el proceso de depuración futura tengamos acceso libre a cualquier nodo importante y facilitemos su reemplazo si es necesario.

Después de fabricar la placa, es necesario verificar que el recibo cumpla con los diagramas de circuito y cableado. Utilizando un multímetro, verifico las entradas y salidas para detectar un cortocircuito (es mejor no "hacer sonar" los contactos, sino medir su resistencia, ya que en el caso de fabricación o diseño incorrectos, por ejemplo, puede formarse una resistencia de cien ohmios en la entrada, que puede no sonar) ", Pero su presencia será un error en el circuito y puede causar grandes problemas), y también asegúrese de que todo esté conectado según sea necesario dentro de la placa.

Después de verificar, antes del montaje, asegúrese de que la placa funcionará normalmente al conectar todos los periféricos. Para hacer esto, primero conecte la batería, el interruptor de encendido y haga clic en el interruptor. Los LED en los convertidores de voltaje deben encenderse y no quemar nada. Si bien no hay nada conectado, es necesario ajustar el voltaje de salida de los convertidores. Luego se apaga la alimentación, se conecta el módulo de relé y se vuelve a aplicar la alimentación. Por lo tanto, toda la periferia está conectada en etapas y bajo control.

Instalación y conexión de la plataforma electrónica.

La electrónica está lista. Ahora necesitas instalarlo. ¿Recuerdas las huellas de las placas electrónicas? Con un destornillador inalámbrico, se taladran agujeros en los lugares correctos. Luego se muelen con un mini taladro con una boquilla de molienda. Los tornillos M2 se atornillan en los agujeros. Las arandelas deben colocarse debajo de los tornillos y tuercas. Además, atornillé la segunda tuerca: la contratuerca proporcionará una conexión roscada más confiable y reducirá la probabilidad de que se desenrosque. Nosotros hacemos la maquina.

Observo que la distancia entre dos motores adyacentes es bastante grande. Este es un punto importante a tener en cuenta por la siguiente razón. El hecho es que los motores seleccionados no tienen retroalimentación. Simplemente les aplicamos un cierto nivel de voltaje y giran a cierta velocidad. Pero las características de los motores pueden variar, lo que sin duda provocará problemas con el movimiento rectilíneo. Si la dispersión de los motores es pequeña y el robot será controlado solo por un operador que siempre puede corregir el movimiento, entonces esto puede ser un problema insignificante. Pero si la extensión es significativa o el robot tendrá que recorrer una gran distancia "en línea recta" en modo automático, entonces se debe proporcionar retroalimentación. Hay una serie de motores idénticos por diseño GM25-370, en los que los sensores Hall ya están instalados.Que es esto En el reverso del motor, en el eje alargado, se monta un disco con un imán colocado, que afectará al sensor Hall. Después de cada revolución completa del disco, obtenemos una señal de pulso, procesamiento que puede establecer el número de revoluciones por minuto. Por lo tanto, se establece una base bastante seria para el futuro en nuestra plataforma: es posible instalar motores con retroalimentación, conectarlos a una placa de potencia que alimenta los sensores en ellos y transmitir señales de telemetría a la placa de control: el sistema de control puede igualar automáticamente la velocidad de los motores.procesamiento que puede establecer el número de revoluciones por minuto. Por lo tanto, se establece una base bastante seria para el futuro en nuestra plataforma: es posible instalar motores con retroalimentación, conectarlos a una placa de potencia que alimenta los sensores en ellos y transmitir señales de telemetría a la placa de control: el sistema de control puede igualar automáticamente la velocidad de los motores.procesamiento que puede establecer el número de revoluciones por minuto. Por lo tanto, se establece una base bastante seria para el futuro en nuestra plataforma: es posible instalar motores con retroalimentación, conectarlos a una placa de potencia que alimenta los sensores en ellos y transmitir señales de telemetría a la placa de control: el sistema de control puede igualar automáticamente la velocidad de los motores.

Solde los cables a los motores de acuerdo con las marcas en ellos: en cada motor se aplicó un punto rojo en uno de los dos contactos. Después de recibir los motores, los revisé, pero no presté atención a la corrección de esta marca. Por cierto, uno de los motores vino con un matrimonio y no giró en absoluto, el vendedor me envió amablemente un reemplazo que me llegó durante al menos un mes. Posteriormente, resultó que el etiquetado de uno de los motores estaba confundido, pero esto no importa: solo cambie la polaridad de la conexión de este motor a la placa de potencia. Mirando hacia el futuro, diré que la misma situación ocurrió con la conexión de los "lados" - al dar el comando "adelante", las ruedas en el lado de estribor giraron hacia adelante, en el lado izquierdo - hacia atrás. Esto también se corrige cambiando la polaridad de la conexión del canal deseado del controlador del motor a la placa de alimentación.Cambie la polaridad de la conexión: no necesita soldar ni rehacer nada, solo necesita cambiar los cables.

Para excluir el contacto eléctrico de las placas electrónicas con la caja, corté placas de plástico del blister al fondo de la plataforma.

Instale la batería. El plástico es muy suave y literalmente se hunde debajo de la cabeza del tornillo, incluso la arandela no se guarda, así que tuve que usar una placa de metal larga.

Todos nuestros pernos y tuercas desde la parte inferior reducen ligeramente la distancia al suelo y se ven bastante estéticamente agradables.

Aislamos la parte inferior en los lugares de instalación de placas electrónicas. También cortamos y colocamos una tira de plástico en una placa de metal en el paquete de baterías para evitar rayar la carcasa de la batería en la cabeza del tornillo, litio, ¡esto es serio!

Instalamos y fijamos la placa de circuito electrónico y el conector de alimentación.

Una pesadilla, cuántos cables ... Conectamos los periféricos a la placa de alimentación.

Electrónica de control de plataforma

Como entiendes, en principio, la tarea está completa. La plataforma se recibe, todo salió bastante bien. Para controlar la plataforma, puede usar cualquier microcontrolador, FPGA, Arduino, Intel Galileo y más.

Elegí la placa Arduino Nano, encontré una tarjeta de expansión económica y conveniente para conectar periféricos y un módulo bluetooth. La idea básica es controlar nuestra plataforma desde un teléfono inteligente a través de bluetooth. La placa de expansión, con su abundancia de contactos para conectar dispositivos externos, permitirá en el futuro conectar sin problemas los futuros periféricos del robot.

Ahora necesitamos desarrollar y hacer una placa de circuito para esta electrónica. Haremos un "emparedado": una placa de circuito en la que está instalado el módulo bluetooth y una tarjeta de expansión, en la que, a su vez, se instala una placa de circuito con un microcontrolador.

En comparación con la placa de alimentación, esta placa está cambiando casi por completo. En el centro, un cable de bucle está conectado al conector de tres filas de 18 pines, conectando esta placa de control a la placa de alimentación. Desde este conector, las señales se enrutan a los contactos necesarios de la tarjeta de expansión, que luego llegan a los contactos necesarios y preseleccionados del microcontrolador. Además, el voltaje de 5 V y Vbat se envía a contactos individuales en la placa. La placa está alimentada por el módulo bluetooth, sus entradas Rx / Tx están conectadas a las entradas Rx / Tx de la placa Arduino Nano a través de una placa de expansión. En el tablero hay un LED bipolar extraíble, cuyo propósito es indicar todos los procesos relacionados con la alimentación. El LED puede formar un brillo constante verde y rojo, parpadear a una frecuencia dada; esto debería ser suficiente para indicar el voltaje normal de la batería,su descarga, indicaciones del proceso de carga y el mensaje de salud de la fuente de alimentación conectada.
Para no confundirme sobre qué y dónde conectarme, dibujé esquemáticamente una placa Arduino Nano y distribuí las señales para ella.

Los puertos Rx / Tx están ocupados por el módulo bluetooth, que funciona a través del protocolo UART. Si es posible, las señales IN1-IN4 están conectadas a puertos digitales: la polaridad de estas señales determinará la dirección de rotación de los motores, y ENA / ENB a aquellos puertos que permiten la salida de señales PWM; estas señales establecerán la velocidad de rotación de los motores. Los valores de las señales de telemetría de la plataforma serán digitalizados por las entradas analógicas A0-A3 de la placa Arduino Nano. El LED ocupa los puertos A4 y A5, y está conectado a través de puentes. El hecho es que estos dos puertos son necesarios para la organización simple del protocolo I2C y, si lo necesitamos, simplemente podemos eliminar los puentes. El LED puede "lanzarse" a otros puertos libres o conectarse a los puertos liberados Módulo de expansión de puertos A4 y A5 (por ejemplo,basado en el chip PCF8574T: proporcionará ocho puertos digitales adicionales de entrada / salida, el módulo está controlado por el protocolo I2C), al que está conectado un par de LED. Como resultado de esta distribución de la conexión, se preservaron las posibilidades de una conexión perfecta de los dispositivos SPI, la digitalización de dos señales analógicas más y la emisión de hasta cuatro señales PWM (por ejemplo, para controlar servoaccionamientos). En general, me gustaría recibir más señales gratuitas, pero su número se puede aumentar con PCF8574T. Al final, puede usar otro Arduino Nano o reemplazarlo con una plataforma más adecuada para las tareas requeridas: esta solución proporciona un cierto mínimo.Como resultado de esta distribución de la conexión, se preservaron las posibilidades de una conexión perfecta de dispositivos SPI, la digitalización de dos señales analógicas más y la emisión de hasta cuatro señales PWM (por ejemplo, para controlar servoaccionamientos). En general, me gustaría recibir más señales gratuitas, pero su número se puede aumentar con PCF8574T. Al final, puede usar otro Arduino Nano o reemplazarlo con una plataforma más adecuada para las tareas requeridas: esta solución proporciona un cierto mínimo.Como resultado de esta distribución de la conexión, se preservaron las posibilidades de una conexión perfecta de dispositivos SPI, la digitalización de dos señales analógicas más y la emisión de hasta cuatro señales PWM (por ejemplo, para controlar servoaccionamientos). En general, me gustaría recibir más señales gratuitas, pero su número se puede aumentar con PCF8574T. Al final, puede usar otro Arduino Nano o reemplazarlo con una plataforma más adecuada para las tareas requeridas: esta solución proporciona un cierto mínimo.puede usar otro Arduino Nano o reemplazarlo con una plataforma más adecuada para las tareas requeridas; esta solución proporciona un cierto mínimo.puede usar otro Arduino Nano o reemplazarlo con una plataforma más adecuada para las tareas requeridas; esta solución proporciona un cierto mínimo.

Nuestra placa también proporciona una conexión de alimentación simple: hay contactos de alimentación de 5 V y voltaje desde la batería (hasta 12,6 V).

Vale la pena señalar un matiz de la tarjeta de expansión utilizada para el Arduino Nano. En principio, la placa de expansión le permite obtener Vbat. Se instala un convertidor de voltaje en la placa de expansión, que reduce el voltaje de entrada a 5 V y lo alimenta a la placa Arduino Nano, cuyo convertidor lo reduce a 3,3 V, y este voltaje ya está eliminado de la placa Arduino Nano y se enruta a los contactos correspondientes en la placa de expansión. Sin embargo, no comencé a hacer esto y traje 5 V al contacto correspondiente de la tarjeta de expansión. Además, el LED de control en la placa de expansión no se iluminaba si la placa Arduino Nano no estaba instalada, es decir, esta placa de expansión sin el Arduino Nano aparentemente no funciona. No entendí las razones, pero este momento se notó.

Hacemos este tablero de control.

Instalamos tableros electrónicos en él.

Preparamos asientos para nuestra junta. Al mismo tiempo configuramos el interruptor.

Y recogemos todo.

Ahora necesita hacer un cable para conectar las dos placas. Los conectores de alimentación también están soldados para mayor fiabilidad. Correctamente y con mucho cuidado, verifique todo. 12 V debe llegar a 12 V, y 5 V - a 5 V. Las imágenes de las placas de circuito de alimentación y control muestran "vista superior", es decir, si gira las placas, desde la parte inferior, el desacoplamiento, los lados de las placas, los contactos cambian de lugar; esto es necesario a tener en cuenta al hacer el cable y reenviar los cables correspondientes. Hice los conectores simplemente: al principio marqué varios cables con conectores BLS y los envolví 2 veces con cinta adhesiva. Luego, las dos / tres filas se juntaron y nuevamente se envolvieron firmemente con cinta adhesiva. Resultó un conector completo y monolítico. Los contactos no utilizados del conector simplemente se ajustan a los conectores BLS de plástico sin contactos.

Después de fabricar el cable, todas las placas electrónicas se retiran de la placa de control, y se verifica con un multímetro de la misma manera que la placa de alimentación. Conectamos la placa de control a la placa de potencia y aplicamos energía. Con la ayuda de un multímetro, verificamos cuidadosamente los contactos de alimentación de todos los módulos, tenemos curiosidad sobre el voltaje de las señales de telemetría; una vez más, estamos convencidos de que todo está conectado correctamente. No puede hacer esto, recolecte todo con confianza, aplique energía y descubra que de alguna manera misteriosa, los cables de 5 V y Vbat se mezclan y nuestra placa Arduino y el módulo bluetooth se queman. Pero es mejor no repetir los errores de los demás.

En la foto, puede ver que uno de los cables de alimentación rojos está teñido de plata. Esta es la designación del conductor que transfiere el voltaje Vbat. Cuando el dispositivo está ensamblado, es útil hacer "llaves" para la conexión. Por ejemplo, no suelde específicamente un contacto PLS en el conector y estropee la toma de respuesta en el cable ni lo conecte con una pieza de aislamiento; en este caso, se implementa "protección contra el tonto", ya que dicho cable en el conector correspondiente en la placa solo se puede instalar correctamente porque no se establecerá de otra manera (el método no ofrece una garantía del 100%; Internet está lleno de imágenes cuando las personas especialmente persistentes aún de alguna manera logran eludir dicha protección aplicando una persistencia envidiable y su notable fuerza). Por lo general, tinte los pines correspondientes en los conectores.Sería útil designar los conectores de entrada de los convertidores CC / CC en la placa de alimentación y teñir los enchufes correspondientes en la placa. Esto eliminaría la instalación incorrecta de los convertidores, y si se usan varios colores, esto eliminará la confusión de las placas del convertidor, que forman 5 V y 9 V. Para la designación, puede usar esmalte de uñas femenino brillante. Esta pequeña regla ayuda mucho con el montaje / desmontaje frecuente del dispositivo en desarrollo en la etapa de depuración y prueba.Esta pequeña regla ayuda mucho con el montaje / desmontaje frecuente del dispositivo en desarrollo en la etapa de depuración y prueba.Esta pequeña regla ayuda mucho con el montaje / desmontaje frecuente del dispositivo en desarrollo en la etapa de depuración y prueba.

Conectamos el cable a la placa de alimentación.

Y a la placa del microcontrolador.

Antes de ensamblar todo, nuevamente verificamos la operabilidad, hacemos clic en el interruptor. Y asegúrese de que todo funcione.
Dos convertidores de voltaje funcionan.

El conductor del motor funciona.

Se suministra energía al módulo de relé.

Sorprendentemente, todo funciona. Poniendo todo junto!

Verificamos que después del ensamblaje completo, todo también funciona.

Aquí tenemos un tipo tan lindo. Cortina de un recién nacido.

Consiguió 1,4 kg.

Por lo general, después de terminar un trabajo, el que lo hizo comprende cómo se puede hacer aún mejor. No se apresure a rehacer todo de inmediato, recordando a tiempo que lo mejor es enemigo de lo bueno. Pero no te detengas ahí. Casi cualquier trabajo es el 20 por ciento de la creatividad y el 80 por ciento de la rutina que hay que hacer para obtener un producto final del trabajo. Es la rutina que mata el interés, el deseo, la creatividad. Por lo tanto, si no rehaces algo inmediatamente, entonces debes pensar: ¿qué se puede mejorar en el futuro?

Me gustaría volver brevemente al comienzo del artículo, al momento en que dividimos la plataforma en dos partes y retiramos el panel de control "por separado". En ese momento, esto parecía una solución muy equilibrada. Sin embargo, al observar el abundante campo de contactos en la placa de expansión para Arduino, entendemos que una buena mitad de estos contactos no se pueden usar en la implementación actual de la plataforma: ocupamos casi la mitad de los conectores de entrada / salida en la placa Arduino. Y el microcontrolador mismo "tuerce" no solo un programa para emitir un par de señales PWM a los motores, sino que proporciona un control total sobre la fuente de alimentación interna y externa de toda la plataforma. Vale la pena considerarlo, ¿tal vez el microcontrolador debería estar incluido en el compartimento del motor de nuestra plataforma? Bluetooth "da" a la electrónica de la "plataforma" que controlará los dispositivos del robot,y pensar a través de una interfaz conjunta con ella. Puede organizar el protocolo UART (tomará dos pines del microcontrolador) sobre el cual se transmitirá un paquete de datos que contiene la dirección y la velocidad de rotación de los motores, así como el estado general de la plataforma ... Y debe pensar cuidadosamente sobre el diseño, ya que no tenemos mucho espacio en el compartimiento del motor ... Aunque ... Si despliega y mueve el relé ...

Bueno, eso terminó mi larga y aburrida historia en algunos lugares. Solo se desarrolló, fabricó y ensambló hardware: el hardware de la plataforma. La siguiente parte del trabajo es el software. Pero esto no significa que solo un programador tendrá que trabajar más. En el proceso de crear firmware para el microcontrolador y depurarlo, a veces tiene que tomar un multímetro, o incluso un osciloscopio, y determinar qué señal, dónde y de qué forma se trata. Por lo general, es al comienzo de esta etapa, en mayor medida, que aparecen errores y descuidos de la etapa de diseño del hardware. Nuestro dispositivo es muy simple, por lo que si algo no funciona, se encontrará rápidamente un error. ¿Te imaginas trabajar con circuitos realmente complejos? Allí debe ser mucho más cuidadoso y preciso.También será necesario organizar una interfaz de control a través de bluetooth con un teléfono inteligente; proponga algún tipo de protocolo para la interacción de información del robot con el teléfono. Y para desarrollar software con el que sea cómodo y conveniente controlar el robot. Pero todo esto es otra historia separada.

Algunas herramientas y equipos usados

BOSCH GluePen. . Bosch – . . 18650, , . (15 ) , – . . – : 7 , 150…170 ( DREMEL GG01 GG03).

GROSS 17718. (). KBT WS-04A, 1--1.

HT-202A. ().

Solomon SL-30. . 24. . .

SAIKE 8858. Element 8032. Yihua 8858. ZHaoxin 858DH. , , . , , . , : (!) , , , 8. , – , , . , . , , .

Metabo BZ 12SP. . . , , . .

Velleman VTHD02. . – ( , ). - , , . , . , - . , , , 18650 . . .

Noble NB4000P-4. . , . . – . – «» . . . – .

Fluke 179. . , , , .

-. … – ? . , , , , BOSCH GluePen. , - .

, , , ó . , . , - , -, , , , , ( - !) , ( — ), , , .

Componentes principales

(ebay/aliexpress) . 2016 . (- 2016 ), — .

, , , — ( ) + 4 * ( 80 + + ( ))

— 130 + +

18650 — LG 2 18650 / 2800 / 3,7V /

( — , .. 3400 !) — Panasonic NCR18650B 18650 / 3400 / 3,7V /

18650 — HX-3S-01

— 18650 Holder 3S

— Arduino Relay Module

— DC/DC Step-Down XL4005

— L298N H-bridge Motor Driver

— Arduino Nano

Arduino Nano — Arduino Nano IO Shield

bluetooth — Module Bluetooth HC-06

Encuestas

No sé cómo las personas que trabajan pueden escribir un artículo en dos o tres días. Me lleva de dos a seis semanas. Por lo tanto, mi productividad no es más de dos artículos por año. Está claro que hay una calificación del artículo y el karma del autor, pero me gustaría evaluar con mayor precisión su actitud hacia dicho material y su presentación, por lo que votar en las encuestas a continuación es bienvenido. La duración de la encuesta es de 1 año a partir de la fecha de publicación.

Robótica - haciendo la plataforma básica para el futuro robot