🥦 🔄 🌇 Robótica - criando a plataforma básica para o futuro robô 👉🏼 🌶️ 🤙🏼

Peppy / tipo (sublinhar necessário) hora do dia e bom humor! Quero contar e mostrar o processo, como eu criei (criei) e fiz o chassi básico para um robô de quatro rodas.

Caras familiares novamente se voltaram para mim com um pedido para ajudar a tornar o robô "mais sério". Desta vez, foi decidido não criar um robô completo, mas algum tipo de plataforma básica que lhe permitisse construir funcionalidades adicionais do robô, possivelmente com variações, sem se distrair com perguntas sobre chassi, motores, sistema de energia e, idealmente, sobre um sistema local ou remoto gestão.

O objetivo deste post é mostrar o processo de desenvolvimento e fabricação dessa plataforma. Geralmente, em artigos sobre robótica, são mostrados dispositivos prontos, demonstrando o que foi feito e como funciona como resultado. Isso é interessante, é claro. Mas, com maior prazer, leio artigos que mostram gradualmente como isso é feito, por que e a descrição de quaisquer pontos ou pensamentos específicos. Vou tentar descrever em detalhes como a plataforma móvel estava indo para casa. Este artigo é uma leitura de perfil para relaxar. Provavelmente preparei o artigo em si mais de três vezes mais do que o bordado. Não pretendo ser uma descrição completa, de alta tecnologia, ciência intensiva, inovadora e livre de erros ... Mas espero que, para alguém, ajude a dar os primeiros passos e mostrar que a eletrônica modular moderna não é de todo difícil,embora não seja tão simples quanto parece. "Os tios estão jogando carros de novo em vez de fazer negócios sérios." Mas você precisa fazer algo para quem não pode crescer. Cuidado - por baixo do corte, haverá muito texto e muitas fotos indecentes.

Prefácio

Eu já montei, ou melhor, montei o robô RASH1. Este robô dificilmente pode ser chamado de artesanal, já que a plataforma é absolutamente montada em componentes acabados. De interesse é o sistema de controle para essa plataforma, construído com base em um pequeno roteador com um sistema cyberWRT, que permite controlar o robô de qualquer dispositivo através de um navegador. Confesso que o objetivo do trabalho foi mais demonstrar o próprio processo de desenvolvimento em termos de metodologia e documentação do que em fabricação direta. Um artigo quase conceitual foi dublado no hub de boa fé, da melhor maneira possível , pois senti que, como estava tentando descrever o desenvolvimento, faria isso para todos, principalmente porque a startup inicialmente visava o código aberto e os caras não eram contra essa iniciativa. .

Se você assistir ao vídeo, verifique se os motores chineses de 300 rublos são muito diferentes e, às vezes, não é fácil escolhê-los da mesma forma, especialmente se não houver outros. E, se eles girarem de maneira diferente, o robô não conduzirá diretamente. Embora, por seu desejo de puxar-se para a esquerda mais uma vez, ele não tenha deixado uma casa indiferente, esse efeito é claramente indesejável. Você pode definir codificadores e ajustar programaticamente a rotação das rodas. Se não houver codificadores, é possível calcular empiricamente quanto você precisa para desacelerar (abaixar o nível de tensão) um motor mais rápido, para que o robô viaje reto e sem problemas. No entanto, à medida que as baterias / acumuladores descarregam, as características do “ponto de operação” ajustado mudam e, com uma voltagem diferente, os motores se comportam de maneira bastante diferente - o robô novamente começa a “pegar” em alguma direção. Além disso,controlar o robô via cyberWRT ainda não é perfeito - a conexão foi interrompida, às vezes a imagem desapareceu, não me lembro exatamente, parece que o controle dos botões de toque não funcionou no Firefox. Após reconectar-se ao robô, tudo foi restaurado, ou seja, foi reparado sem a reinicialização do roteador, talvez houvesse algum tipo de mau humor na conexão computador / telefone-roteador-roteador-sobre-robô. Vale a pena notar que o cyberWRT resolve simplesmente a questão da organização de gerenciamento, tornando possível escrever seu próprio módulo e converter, grosso modo, WEB de um lado para o UART do outro. Há informações suficientes em russo na Internet e também informações bastante ativasApós reconectar-se ao robô, tudo foi restaurado, ou seja, foi reparado sem a reinicialização do roteador; talvez houvesse algum tipo de mau humor na conexão computador / telefone-roteador-roteador-sobre-robô. Vale ressaltar que o cyberWRT resolve simplesmente a questão da organização do gerenciamento, possibilitando escrever seu próprio módulo e converter, grosso modo, a WEB de um lado para o UART do outro. Há informações suficientes em russo na Internet e também informações bastante ativasApós reconectar-se ao robô, tudo foi restaurado, ou seja, foi reparado sem a reinicialização do roteador, talvez houvesse algum tipo de mau humor na conexão entre o computador / telefone-roteador-roteador_on_work. Vale a pena notar que o cyberWRT resolve simplesmente a questão da organização de gerenciamento, tornando possível escrever seu próprio módulo e converter, grosso modo, a WEB de um lado para o UART do outro. Há informações suficientes em russo na Internet e também informações bastante ativasWEB, por um lado, no UART, por outro. Há informações suficientes em russo na Internet e também informações bastante ativasWEB, por um lado, no UART, por outro. Há informações suficientes em russo na Internet e também informações bastante ativasuma comunidade que pode ajudar a resolver as coisas. Bem, o robô acabou sendo mais para demonstração e estudo do que para uso puramente prático. Ele dirigia muito divertido e com inteligência sem um segundo andar, mas notavelmente ficou triste quando um roteador com um pequeno hub USB e uma câmera de vídeo foram adicionados.

Por si só, a montagem do robô RASH1 permite que os iniciantes em robótica dêem os primeiros passos sem se concentrar no desenvolvimento da eletrônica, fazendo um mínimo de esforço com um ferro de soldar nas mãos (existe uma placa com fio pronta para ser soldada facilmente), mas, no entanto, Robô faça você mesmo - tenho certeza de que um engenheiro de robô normal não será capaz de crescer apenas com alguns designers eletrônicos de pernas. Em princípio, isso já é suficiente: o robô resultante e sem controle via cyberWRT permite programar seu comportamento. Basta entender o Arduino ( circuito e programação ), dominar o conceito de modulação por largura de pulso ( link 1 , link 2) e na Internet, procure exemplos do uso de certos sensores.

Por exemplo, o firmware básico possui um modo autônomo, que é ativado pressionando um botão no robô e permite que o robô viaje para dentro de casa, idealmente, sem colisões com objetos - um sonar (sensor ultrassônico) monitora constantemente a situação na frente do robô e, quando um obstáculo é detectado, o robô para de se mover e inicia um pouco de fantasia. O algoritmo de inversão de marcha, cuja essência é obter reviravoltas aleatórias para deixar triunfalmente qualquer armadilha dos móveis astuciosamente arranjados pelas pessoas. Você pode adicionar outro sonar, melhorando a "visão" do robô. Você pode conectar um sensor de luz e, de acordo com seus valores, ligar ou desligar os "faróis" do robô, para que ele fique "mais visível" em todos os cantos escuros sob mesas e cadeiras. Ou conecte um sensor de movimento, por exemplo, o HC-SR501 barato (baseado no chip BISS0001) para ensinar o robô a se esconder das pessoas.Em geral - consideráveis espaços abertos para criatividade, entretenimento e conhecimento de como a eletrônica funciona em um nível "baixo".

Após o RASH1, tornou-se interessante para mim e eu criei o robô RASH2. Este robô já pode ser classificado como artesanal. A plataforma comprada foi tomada como base - a base superior e inferior de fibra de vidro, racks, motores - tudo isso é um conjunto único, comprado na "grande Internet chinesa".

Esse robô já possui seus próprios componentes eletrônicos desenvolvidos, fabricados em uma placa de ensaio, na qual os conectores são soldados, e a fiação executou o papel dos trilhos. A energia é fornecida, não a partir de baterias / acumuladores AA, mas de quatro baterias de íon de lítio do tamanho 18650. Servo drives são instalados que permitem que a “cabeça” do robô gire em dois planos. Uma câmera de vídeo e um sonar estão instalados na "cabeça" do robô. No modo automático, o robô não precisa mais girar completamente - basta “olhar em volta” com o sonar. O robô tem os mesmos motores "amarelos" que o anterior e foi originalmente concebido como tração dianteira, mas teve que ser convertido em tração integral devido a absolutamente nenhuma dinâmica devido ao peso decente. Os codificadores já estão instalados, mas não fazem muito sentido,já que o robô é bastante pesado e as rodas adjacentes de um lado se travam por conta própria. O sistema de controle também é construído em um roteador TL-MR3020 com firmware cyberWRT.

O design desse robô é perfeito para quem deseja adquirir experiência no desenvolvimento inicial e seguir em frente - desenvolvimento independente de eletrônicos, solda completa de acordo com seu esquema básico, design e montagem própria, entendimento do controle de servos ( artigo da Amperka ). Na Internet, é possível encontrar uma baleia semelhante, quase pronta, que inclui os componentes necessários - eu a montei e montei-a de paus e ... em geral, do que estava à mão, periodicamente perfurava, retificava, colava, aparafusava e até usava fita adesiva - onde sem ele.

Pensamentos sobre um novo robô

E agora, agora um novo robô. O que queremos dele?

Queremos que a plataforma seja forte, de elevação de carga, com boa distância cruzada e ao solo. Queremos ter uma plataforma universal, para não criar uma nova sempre - a prática da vida, no entanto, geralmente prova o contrário -, mas como muitos desenvolvimentos começam, esse é um desejo normal e saudável. Qual é a imagem de uma plataforma universal com base nos requisitos descritos acima? Provavelmente é um chassi de metal, quatro motores com boa potência e rodas grandes. Obviamente, é melhor fechar os motores em um compartimento fechado separado. Seria bom remover o driver de motores, baterias de força e algum tipo de eletrônica de potência neste compartimento do motor. Por exemplo, os mesmos conversores de tensão DC / DC, se presentes. Não quero trocar as pilhas, assim comoassim como não quero retirar as baterias para recarregar - tudo está dentro da plataforma e permite recarregar as próprias baterias. Para equipamentos adicionais, será possível instalar racks de metal e organizar um “segundo andar” na plataforma.

Antes de tudo, dividi o processo de criação de um robô completo em duas partes - criando algum tipo de plataforma universal e criando um robô baseado nessa plataforma universal. Isso permite que você não pense no robô como um todo, pensando apenas na junção dessas duas partes. A seguir, falaremos apenas sobre a plataforma.

O segundo ponto importante é a divisão da plataforma em duas partes. A primeira parte já foi descrita - motores e potência. Mas os motores precisam ser controlados. Obviamente, o dispositivo de controle será baseado em algum tipo de microcontrolador - ele deve ser removido dentro do compartimento do motor ou não? A tentação é criar uma plataforma autônoma completamente pronta. Mas a racionalidade sugere que o microcontrolador é puramente apenas para controlar os motores, além de algum tipo de interface para receber comandos é um gasto desnecessário de um recurso de computação. Portanto, é melhor isolar esta peça do compartimento de potência do motor.

Como resultado da reflexão, a própria ideia é formada da seguinte maneira. Existe uma plataforma fechada, na qual existem motores, um driver para os motores e uma fonte de energia com os componentes eletrônicos necessários. Obviamente, é melhor ter algum tipo de patch board central ao qual todos esses componentes se conectem. Além disso, esta placa terá os componentes eletrônicos necessários para obter a voltagem correta. Chamamos esse quadro de poder. Na plataforma, há uma placa com um microcontrolador, que se conecta à placa de potência, recebendo energia e emitindo comandos para os motores. A placa do microcontrolador também pode controlar outros equipamentos de robô. Este painel será chamado de painel de controle.

Assim, o processo de desenvolvimento de todo o robô é condicionalmente "serrado" em duas (três) partes: a criação da plataforma (e seu gerenciamento) e desenhamos uma coruja para criar o restante do "body kit", que transforma nossa plataforma em um robô de pleno direito. Um ponto importante: ao trabalhar em cada estágio, você não precisa pensar nos outros especialmente - pense bem nas "articulações" entre essas partes.

Motores e Potência

Após todos esses pensamentos, a seleção de componentes para a plataforma foi iniciada.
Tendo estudado as propostas, escolhi os motores da família JGA25-370.

A julgar pela descrição desta série de motores, eles têm uma faixa de tensões operacionais de 3-36 V, tensões nominais de 6-24 V. Esses motores estão disponíveis com diferentes velocidades, caixas de engrenagens e, portanto, possuem diferentes torques (0,1-10 kg * cm ) O tamanho e os locais de montagem de toda a série são os mesmos, por isso temos uma boa solução universal em termos de modificações futuras - para uma plataforma mais pesada e com alto torque, por exemplo, você pode colocar motores com uma velocidade mais baixa, mas com mais torque. Tensão nominal típica para os motores 6, 12 e 24 V. Uma pergunta importante - qual classificação escolher?

Em conexão com a escolha da potência do motor, surge a questão de organizar a potência autônoma de toda a nossa plataforma. Não queria usar pilhas e pilhas recarregáveis de tamanhos padrão AA ou AAA. Eu queria usar baterias realmente espaçosas. Escolhi baterias de íon de lítio do tamanho 18650, cuja capacidade varia de 1000 mAh a 3500 mAh. Eu já tenho uma experiência positiva trabalhando com eles, um bom dispositivo para carregar, e as próprias baterias são usadas ativamente na vida cotidiana, ou seja, para mim isso não é uma novidade.

As baterias de íon de lítio têm um número suficientemente grande de ciclos de carga / descarga, tempos de carga rápidos com uma corrente relativamente alta, não há efeito de memória (embora, de acordo com alguns relatos, seja, apesar de insignificante), baixo nível de autodescarga, menos peso em comparação a ácidos ou alcalinos baterias, maior capacidade em comparação com as baterias NiMH. No entanto, deve-se lembrar que essas baterias não gostam de calor excessivo (probabilidade de explosão) ou resfriamento excessivo (diminuição da capacidade). Eles não podem ser profundamente descarregados, carregados muito rapidamente ou descarregados muito rapidamente (não consideraremos as baterias de alta corrente). Se a bateria estiver muito descarregada, provavelmente falhará com a possibilidade de despressurização ao tentar carregar. Se a bateria estiver vazando,então, em correntes fortes, existe a possibilidade de ignição do lítio, mas não será possível extinguir essa bateria com água - o lítio reage com a água, formando álcalis e hidrogênio. Por que todos esses medos? O que você precisa entender: o uso dessas baterias é um assunto sério (lembre-se deExperiência da Samsung ).

A tensão nominal de uma célula de íon de lítio 18650 é 3,6-3,7 V. Uma célula totalmente carregada produz 4,1-4,2 V. na faixa de 2,6-3,2 V. É possível descarregar ainda mais baixo, mas este é o caminho certo para a rápida degradação da bateria. Decidi fazer uma avaliação grosseira da tensão emitida pela bateria na faixa do máximo nominal. Acontece que conjuntos de duas, três e quatro baterias consecutivas nos fornecem faixas de 7,2-8,4 V, 10,8-12,6 V, 14,4-16,8 V. Deste conjunto, precisamos obter dois tensão - alguma tensão para alimentar os motores e 5 V para alimentar os eletrônicos. Um conjunto de duas baterias pode alimentar motores de 6 V usando um conversor DC / DC abaixador,mas a diferença entre o valor mínimo de tensão (quando a bateria está descarregada na nominal será de 7,2 V) e 6 V será da ordem de 1,2 V, o que pode não ser suficiente para a operação estável do conversor de redução DC / DC - para evitar problemas, é necessário ter uma diferença tensões entre a entrada e a saída de pelo menos 2 V (de fato, pode haver menos para conversores de baixa queda, mas não vamos focar neles). Uma montagem de três elementos é bastante adequada para nós; obteremos as voltagens necessárias usando conversores CC / CC reduzidos. Os motores também podem ser alimentados com 9 V; no pior dos casos, temos uma diferença de 1,8 V, o que deve ser suficiente. Um conjunto de quatro elementos também é adequado, mas você precisa entender que uma bateria adicional é um espaço e peso extra, embora o consumo de energia de toda a bateria seja alto.

A segunda maneira de organizar a fonte de alimentação é usar conexões paralelas das mesmas baterias e um conversor DC / DC de impulso. Então, de 3,6 a 4,2 V, a tensão pode ser aumentada até 5 V para eletrônicos e até 6-9 V para motores. Parece que é fácil variar a capacidade de tal conjunto de baterias adicionando novos elementos, mas não esqueça que as baterias usadas devem ter capacidade e resistência interna semelhantes.

Existem placas controladoras especiais para carregar / descarregar séries ou baterias paralelas. Os controladores de proteção protegem o conjunto da bateria contra carga ou descarga excessiva (controle de tensão), curto-circuito, excedendo a corrente de descarga permitida. Ao usar cartões simples, é necessária uma fonte de alimentação externa com uma limitação da corrente de carga. Os controladores de carga / descarga podem carregar as baterias independentemente, de acordo com o método cc / cv, com corrente de carga limitada. Controladores avançados para conexão em série de baterias também podem fornecer uma carga individual para cada bateria - equilibre os elementos da bateria.

Escolhi uma conexão serial de bateria usando uma placa de proteção e um carregador externo. No futuro, uma placa de controle tão simples pode ser substituída por um controlador de carga balanceado. Embora o balanceamento não seja necessário com a conexão paralela, deve-se levar em consideração que, com um forte desgaste de qualquer bateria, o controlador não poderá detectar isso e isso pode estar cheio de algo. Também vale a pena considerar o fato de que os modos de operação de cada bateria serão diferentes. Por exemplo, ao remover a mesma energia, as baterias com conexão paralela precisarão fornecer mais corrente do que com uma conexão paralela.

Portanto, são adequados motores com tensão nominal de 6 V e faixa de operação de 3-9 V. Escolhi um motor com uma velocidade de 281 rpm e um consumo de 80 mA no modo inativo. Sob carga, a velocidade cai para 238 rpm, a corrente sobe para 380 mA, enquanto o motor produz 2 watts de potência e desenvolve um torque de 0,5 kg * cm. Quando o motor para, o torque aumenta para 4 kg * cm e a corrente para 900 mA. Todas essas características foram retiradas de uma placa postada no site de um dos vendedores de mercadorias, pois não consegui encontrar uma "folha de dados" normal.

Chassi e montagem de chassi

Os motores que encomendei são os seguintes.

Se você olhar para a foto, poderá ver os slots nos eixos que sobressaem dos motores. Um conjunto de acoplamentos e rodas foi encontrado para esses motores.

Rodas com um diâmetro de 80 mm, borracha macia, cravejadas.

A fundação que eu ia fazer a partir de largos cantos de alumínio (ou algo semelhante que pode ser encontrado em lojas de construção) com a ajuda de que eu posso fazer uma moldura “a bordo”, que pode ser coberta com algumas placas de metal leves e fortes. Os furos são perfurados nos locais certos e as roscas são cortadas conforme necessário. No entanto, no começo, decidi procurar o que a indústria chinesa tem a oferecer. E encontrei uma baleia - um kit de chassi para a construção de um robô, que continha o próprio corpo, os motores, embreagens e rodas acima mencionados, além do compartimento da bateria AA, um interruptor de energia, uma tomada elétrica e prendedores. O gabinete em si tem muitos orifícios, o que logicamente facilita e a presença deles deve minimizar a quantidade de trabalho de serralheiro.

Tendo estimado o tamanho e o volume do espaço interno (em paralelo, a eletrônica foi escolhida para a plataforma, que deveria caber nesse caso), encomendei este kit. Nos motores de entrada, como pode ser visto acima, por algum motivo, diz JGA25-370-9v-281rpm. Por que exatamente 9v, quando o valor nominal desse subgrupo é 6 V, eu não entendi, mas provavelmente os chineses sabem melhor o que escrever para vender melhor.

O estojo em si pesa quase 400 gramas. De que material é feito, acho difícil responder, mas não parece alumínio puro.

Retire a tampa e instale os motores. Os furos para os motores têm um diâmetro apenas para os parafusos M3, não há margem para ajustar a posição, mas devemos prestar homenagem, isso não causou problemas - os furos coincidem claramente com as roscas na carcaça do motor.

Instalamos acoplamentos.

E aperte as rodas.

O resultado foi uma plataforma acabada com uma distância ao solo de cerca de 23 mm.

O peso do chassi "vazio" era de pouco mais de um quilograma. Lembra das fotos com a medição de massa de peças individuais? 393+ (58 + 85 + 20) * 4 = 1045 gramas. Tudo na coleção pesa 1057 gramas. 12 gramas adicionaram 16 parafusos.

Aqui está uma plataforma bastante agradável.

Circuito elétrico

Aqui vale a pena explicar um ponto importante por que essa baleia em particular. O fato é que, se defendermos o caso, seu volume interno poderá ser arbitrário. O estojo comprado nos fornece um volume estritamente fixo, no qual tudo deve caber. Idealmente, também há uma margem para ficar. Isso deve ser levado em consideração inicialmente e entendido: se o preenchimento necessário se encaixará nesse caso específico ou não e se será necessário trocar os eletrônicos ou escolher outro. Dentro do gabinete, serão instalados: motores, uma bateria, um driver para os motores, uma placa de energia, na qual também estará localizado algum tipo de eletrônica - os mesmos conversores de tensão.
Parece claro o que exatamente teremos lá dentro. Mas como tudo vai se encaixar? Se você tem uma ideia, mas não pode criar sua imagem, não tem ideia. Na eletrônica, verifica-se que deve haver duas imagens - uma visual, que já é bastante representável, e uma elétrica (de fato, também existe uma algorítmica - quando o comportamento do dispositivo é determinado pelos recursos de hardware e / ou software (firmware funcional)).

Passo muito tempo a caminho do trabalho. De um modo geral, com a abordagem correta, o longo caminho pode ser transformado em vantagem lendo livros, assistindo / ouvindo programas científicos populares ou audiolivros que eu nunca teria lido, ouvido ou assistido. Graças a essas condições, tornei-me fã e ouvi todas as histórias do Modelo para montagem (para que não houvesse perguntas nos comentários - artigo da Wikipedia ). A fornicação de robôs não foi exceção, e eu pensei e desenhei o diagrama de circuitos da plataforma na estrada do tablet .

O diagrama é desenhado no OneNote. A imagem é clicável. Sim, tenho vergonha - o diagrama do circuito parece sem princípios. Nas últimas três semanas, não tenho tempo para finalizar o artigo, e a pergunta já surgiu: publicar algo ou adiar para mais tarde. Decidi publicá-lo assim, caso contrário "para mais tarde" pode ser complicado. Vou desenhar circuitos normais - vou substituir as fotos. Por outro lado, este design é semelhante ao DIY original. No trabalho ou em casa, quando alguma idéia é formada, uma folha de papel comum e um lápis comum são tomados primeiro ...

Vejamos o conceito do que e com o qual nos conectaremos. Três baterias do formato 18650 estão conectadas ao controlador de baterias de íon de lítio D1. Todo o circuito possui um “terra comum”, ao qual a saída do controlador P D1 está conectada. A saída P +, através do fusível FU1 e da chave SW, é conectada às entradas DC / DC dos conversores D3 e D4. O conversor D3 gera tensão para os motores, D4 - para alimentar todos os componentes eletrônicos. As saídas desses conversores são conectadas ao driver do motor D5, ao qual os motores estão conectados. Os motores do lado esquerdo ML1, ML2 estão conectados ao canal MA e os motores de estibordo MR1, MR2 estão conectados ao MB. O motorista é de dois canais, isso significa que será possível controlar dois grupos de motores (canais A e B), mas não individualmente por cada motor. Para controlar a velocidade e o sentido de rotação dos motores, as portas ENA, ENB,IN1-IN4. O circuito resistivo que forma a tensão Vbat 'é selecionado de modo a formar uma tensão de telemetria Vbat da bateria na faixa de 0 ... 5 V. Se Vbat = 13 V (o que não deveria ser, uma vez que a bateria pode fornecer no máximo 12,6 V, mas eu sou um pouco seguro), então Vbat '= 3,94 V (ou seja, é garantido que o valor não exceda 5 V). A corrente que flui através do circuito resistivo a 12 V será de 3,6 mA, e eu considerei essas perdas aceitáveis (cerca de 0,1% na capacidade da bateria de 3000 mAh). À entrada do controlador D1, um soquete para fornecer energia externa está conectado. Porém, vemos no diagrama que ele está conectado via relé D2.como a bateria pode produzir no máximo 12,6 V, mas tenho um pouco de resseguro), então Vbat '= 3,94 V (ou seja, é garantido que o valor não ultrapasse 5 V). A corrente que flui através do circuito resistivo a 12 V será de 3,6 mA, e eu considerei essas perdas aceitáveis (cerca de 0,1% na capacidade da bateria de 3000 mAh). À entrada do controlador D1, um soquete para fornecer energia externa está conectado. Porém, vemos no diagrama que ele está conectado via relé D2.como a bateria pode produzir no máximo 12,6 V, mas tenho um pouco de resseguro), então Vbat '= 3,94 V (ou seja, é garantido que o valor não ultrapasse 5 V). A corrente que flui através do circuito resistivo a 12 V será de 3,6 mA, e eu considerei essas perdas aceitáveis (cerca de 0,1% na capacidade da bateria de 3000 mAh). À entrada do controlador D1, um soquete para fornecer energia externa está conectado. Porém, vemos no diagrama que ele está conectado via relé D2.À entrada do controlador D1, um soquete para fornecer energia externa está conectado. Porém, vemos no diagrama que ele está conectado via relé D2.À entrada do controlador D1, um soquete para fornecer energia externa está conectado. Porém, vemos no diagrama que ele está conectado via relé D2.

Primeiro, quero explicar a presença de um resistor de 10 kOhm, puxando um dos terminais do conector de energia para uma voltagem de 5 V. Temos um conector de energia com três saídas. Um par de saídas transmite a tensão da fonte de energia. A terceira saída é informativa. Ele está em curto na saída negativa (está conectado ao terra conosco) se não houver plugue no soquete e será aberto se o plugue estiver inserido no soquete. Assim, obtemos o sinal de telemetria de Vinon sobre a conexão da fonte de alimentação: se Vinon '= 0 de tensão, a energia externa não está conectada, se Vinon' = 5 V - conectado. Um resistor de 10 kOhm puxa essa saída para 5 V. Quando um plugue é conectado, uma corrente de 0,5 mA flui através do resistor, o que é bastante aceitável.

Quando você conecta uma fonte externa através de um relé D2 normalmente fechado e o fusível FU1, as baterias começam a carregar. Um relé normalmente fechado significa que seus terminais estão sempre fechados e abertos apenas quando a tensão é aplicada ao contato de controle. Por que retransmitir D2? Suponha que não temos esse relé. Se a fonte de alimentação estiver conectada à plataforma, mas esqueceu de conectá-la à tomada - como a placa do microcontrolador sabe se a bateria está carregando agora ou não? E se a fonte de alimentação estiver conectada, mas não emitir tensão? Ou tudo funciona, mas a fonte de energia produz apenas 10V em vez dos 12V colocados? E, se eu conectar uma fonte desse tipo (que produz apenas 10 V) à bateria, que ainda não está totalmente descarregada e produz 11 V,então como eu descubro - esses 11 V são formados pela bateria (que na verdade não produz mais de 10 V) ou por uma fonte externa? Para tais situações, um algoritmo foi desenvolvido para o qual era necessário um relé. Aprendemos sobre como conectar uma fonte de energia externa via telemetria do Vinon. Desligue o relé e observe a telemetria de Vin. Se for adequado e essa tensão estiver na faixa esperada, ligue o relé e sinalize o processo de carga. Se não lhe convier, não ligue o relé e sinalize um mau funcionamento. Deixe o painel de controle a bordo e não a plataforma lidar com o processo de análise e indicação. Para isso, forneceremos a ela todas as voltagens necessárias e um sinal de controle para o relé de Vinoff. A entrada de controle do módulo de relé através de um resistor de 10 kΩ é puxada para 5 V, fornecendo um relé constante. Ao aplicar 0 V a esta entrada, o relé será desligado.

Mas por que, precisamente, o relé mecânico antediluviano? Afinal, você pode colocar um transistor MOSFET. Havia uma ideia dessas, mas tinha que ser abandonada. Os transistores MOS modernos têm baixa resistência (dezenas de miliohms) no estado aberto e com um fluxo de corrente de 2-5 A, não haverá uma queda de tensão muito significativa e, como resultado, aquecimento - uma caixa de transistor pode dissipar uma pequena potência mesmo sem um radiador. Mas tudo isso diz respeito ao esquema no qual essa chave digital controlará a conexão da fonte de energia à carga passiva. Colocamos um transistor entre duas fontes, como resultado da diferença de tensão entre o dreno e a fonte, que pode ser significativa, o que levará a um aumento na geração de calor e o transistor ficará muito quente. TambémPara abrir ou fechar o transistor, você precisará criar um circuito de controle (driver), porque o nível de tensão de controle da placa do microcontrolador é de 5 V, o que não é suficiente para criar uma diferença de tensão de fonte de porta para controlar o transistor (para controlar o transistor, por exemplo, IRFZ44N, é necessário aplicá-lo Obturador de 8-12 V para abri-lo). Se é um módulo de relé pronto, que você só precisa conectar e que, se já estiver fechado, garante a conexão da saída à entrada sem problemas.que você só precisa conectar e que, se já estiver fechado, garante a conexão da saída à entrada sem problemas.que você só precisa conectar e que, se já estiver fechado, garante a conexão da saída à entrada sem problemas.

Portanto, não temos apenas uma placa de comutação, mas uma placa de potência de pleno direito. A placa está equipada com conversores DC / DC, circuitos resistivos, um fusível e um monte de conectores para conectar eletrônicos. Estruturalmente, dois conectores podem ser distinguidos. Conector CON1, que conectará a bateria, o interruptor / botão liga / desliga, conector de alimentação, módulo de relé, motores, placa do driver do motor - todos os periféricos dentro da plataforma. E o conector CON2, cujo objetivo é conectar-se à placa de controle. Os sinais de telemetria e controle de tensão de 5 V são emitidos para esse conector, e também é útil "desligar" a tensão da bateria Vbat - oferecemos a oportunidade de "organizar um nível mais alto" em nossos canais de energia com várias tensões, por exemplo, 6 V para alimentar servos.

Chassis Eletrônicos

A eletrônica foi selecionada em paralelo com o desenvolvimento do circuito elétrico do dispositivo.

A tomada de força com uma chave seletora entrou em operação a partir do kit de chassi recebido. Selecionamos e adquirimos um driver para motores baseados no microcircuito L298N, placas conversoras XL4005 DC / DC, um módulo de relé sem nome, um compartimento para bateria e uma placa de montagem medindo 50x70 mm e um passo de furo de 2,54 mm.

Além disso, ainda precisaremos dos seguintes materiais.

Na parte superior da foto, você pode ver vários conectores de pinos longos com um passo de 2,54 mm, além de soquetes, contatos abaixo de metal no cabo, à esquerda - soquetes para eles, aos parafusos à direita, porcas e arruelas M2. Os conectores na placa e o cabo em diferentes lojas são chamados de forma diferente. Por razões históricas, chamo os conectores de pinos da placa PLS, os slots na placa - PBS, os conectores no cabo - BLS. Na Internet em sites estrangeiros, esses conectores são pesquisados mediante solicitação no formato “conector de 2,54 mm” ou “conector dupont”. Além disso, você precisará de uma variedade de consumíveis - solda, fluxo, fios, etc., além de um conjunto de ferramentas manuais - pinças, pinças, chaves de fenda etc. - todos aqueles que fazem DIY, pelo menos, têm algo a fazer ( faça você mesmo - faça você mesmo).

Antes de encomendar eletrônicos e um estojo, descobri que os eletrônicos selecionados deveriam caber no espaço interior sem problemas. Chegou a hora de verificar: organizamos os eletrônicos e marcamos os assentos futuros.

Agora vamos começar a preparar os quadros.

Comecei com a bateria. O controlador de baterias de íon de lítio foi “plantado” em adesivo hot-melt e os terminais dos contatos foram soldados a ele de acordo com o diagrama de circuitos. Acho que os leitores estarão interessados no que e qual ferramenta foi feita. Portanto, no final do artigo, embaixo do spoiler, postei fotos de alguns equipamentos usados com meus breves comentários. O adesivo de fusão a quente foi aplicado usando uma pistola de calor. No entanto, antes disso, eu tinha que trabalhar, por assim dizer, para melhorar a confiabilidade deste compartimento. Vou avisar a todos que farão algo - é melhor não cometer meu erro e levar compartimentos de bateria mais duráveis. Ao mesmo tempo, não consegui encontrar esses compartimentos no varejo e, quando o encontrei, marquei muitos deles pelas alegrias da simplicidade da minha alma. E com eles tudo não é tão simples. Como as baterias neste compartimento estão gastas,sites plus não salientes simplesmente não alcançam o contato. Além disso, todos os contatos com mola são rotacionados, o contato é ruim. Portanto, tive que parafusar os parafusos M2, morder o excesso, apertar as porcas e apertar para melhorar o contato. Mas me pareceu não o suficiente, e eu também soldava completamente todas as conexões. Porque, se algo é feito, deve ser confiável, para que, no futuro, não cause problemas e não retorne a isso novamente.para que, no futuro, não cause problemas e não volte mais a isso.para que, no futuro, não cause problemas e não volte mais a isso.

Note-se que, para baterias de íon-lítio, é utilizado um controlador convencional sem balanceamento. Isso significa que, quando você carrega uma das três baterias, o controlador provavelmente interrompe a carga de todas as baterias. Na verdade, é apenas uma placa de proteção contra baixa descarga e sobrecarga de baterias e controle de corrente de descarga. Portanto, é aconselhável usar baterias com a mesma capacidade real. Se você usar um controlador com balanceamento, a seleção por capacidade será menos crítica e as baterias serão usadas com mais eficiência, mas esses controladores são mais caros e ocupam mais espaço. Como escolher baterias com a mesma capacidade real? Afinal, comprando as mesmas baterias da mesma série, mesmo de marcas, a capacidade pode variar de 5 a 10% e as baterias chinesas com as inscrições 6000-8000 mAh,em geral, são baterias com capacidade desconhecida. Para medir capacidades reais, usei o carregador OPUS BT-C3100, bastante popular no meu ambiente. Utilizando-o, 12 baterias compradas foram verificadas e três foram selecionadas, cuja dispersão das capacidades é mínima e não excede vários por cento. A capacidade das baterias LG LGABC21865 foi anunciada em 2800 mAh, mas na realidade variou na faixa de 2400-2500 mAh (testada a uma corrente de 700 mA).mas, na realidade, variou na faixa de 2400-2500 mAh (testado em uma corrente de 700 mA).mas, na realidade, variou na faixa de 2400-2500 mAh (testado em uma corrente de 700 mA).

Uma pequena digressão em forma de reflexão. O carregador nos considerou a capacidade das baterias, levando em consideração a carga de até 4,2 V e a descarga, se não me confundir com OPUS BT-C3100, até 2,8 V. Nossas baterias não devem ser descarregadas abaixo do valor nominal de 3,5-3, 7 V. Ou seja, nossa capacidade da bateria é muito menor que a medida. Isso deve ser levado em consideração. Talvez no futuro, valha a pena pensar em uma bateria de quatro baterias. É possível simplesmente substituir a bateria e a fonte de alimentação para carregá-la? Vamos estimar. Temos uma faixa de tensão de 14,4-16,8 V. Os conversores de tensão trabalham com uma tensão de entrada de até 32 V. Os divisores resistivos nos fornecerão uma faixa de tensão de sinais de telemetria de 4,3-5,1 V, que vai um pouco além da faixa superior de 0-5 V. Mas isso pode ser combatido no nível da placa de controle - se a tensão de telemetria for 5 V,então a bateria estará quase carregada depois de um tempo. Por outro lado, se você abaixar a tensão nos motores para 6-7 V, poderá descarregar a bateria existente com mais força e usá-la com mais eficiência - nesse caso, você só precisará ajustar um conversor de voltagem. À primeira vista, há espaço para pesquisas futuras sem alterar o hardware, e como exatamente a interpretação dos sinais de telemetria, dependendo da bateria instalada, pode ser decidida no nível da placa de controle, ou seja, até que você possa pensar sobre isso.você pode descarregar a bateria existente com mais força e usá-la com mais eficiência - nesse caso, você só precisa ajustar um conversor de voltagem. À primeira vista, há espaço para pesquisas futuras sem alterar o hardware, e como exatamente a interpretação dos sinais de telemetria, dependendo da bateria instalada, pode ser decidida no nível da placa de controle, ou seja, até que você possa pensar sobre isso.você pode descarregar a bateria existente com mais força e usá-la com mais eficiência - nesse caso, você só precisa ajustar um conversor de voltagem. À primeira vista, há espaço para pesquisas futuras sem alterar o hardware, e como exatamente a interpretação dos sinais de telemetria, dependendo da bateria instalada, pode ser decidida no nível da placa de controle, ou seja, até que você possa pensar sobre isso.

Limpei os fios de saída da bateria resultante com um alicate especial (decapante) e os prendi em contatos metálicos usando um alicate de crimpagem (crimper), para maior confiabilidade, soldado e coloquei caixas de plástico neles, após receber conectores BLS. Na soldagem, foi utilizada uma estação de solda, o POS-61 sem resina, como solda, e o FluxPlus NC-D500 sem lavadora, como fluxo.

Depois de montar a bateria e instalar as baterias, ela não emitirá nada. É assim que muitos controladores de baterias de íon de lítio estão dispostos - eles desenergizam a carga durante curto-circuito, descarga forte, excesso de corrente de descarga. Para "redefinir" a proteção e trazer a bateria para a forma operacional, é necessário aplicar 12-12,6 V nos contatos + P / -P. O mesmo deve ser feito após a primeira conexão das baterias ao controlador. Depois disso, você pode garantir que a unidade libere tensão se as baterias estiverem conectadas corretamente ao controlador.

Para carregar esses conjuntos de baterias, há fontes de alimentação com uma tensão de saída de 12,6 V (3x4,2 V). Com essa fonte de alimentação, as baterias serão usadas com mais eficiência, embora você possa usar fontes de alimentação com um valor nominal de 12 V. Já tenho uma fonte de alimentação com uma saída de 12,6 V e uma corrente de 5 A. Se uma fonte semelhante for comprada, verifique se ela corresponde ele reivindicou características. O teste mais simples é um teste de carga. Para isso, usei resistores cerâmicos com um valor nominal de 1 ohm 10 watts e 4,7 ohms 10 watts. Depois de montar um conjunto com uma resistência de 2,5 Ohms desses resistores, conectei uma fonte de alimentação a ele e medi a tensão em sua saída. Com uma corrente nominal de 12,6 / 2,5 = 5 A, minha fonte de alimentação produziu 12,6 V - este é um excelente resultado. Fontes de alimentação chinesas nas quais algo está escrito, como - 12V3A,freqüentemente começam a "ceder" em 10-20% com uma carga de apenas 1 A.

Por analogia, um interruptor e uma tomada de força foram preparados.

O bloco de terminais foi removido do módulo de relé com um secador de cabelo e os contatos do PLS foram soldados. Para conectar este módulo à placa de alimentação, eu fiz os fios - decapados, prensados e soldados os fios de energia (através dos quais o conector de energia e a bateria serão conectados) com uma seção de 18 a 20 AWG. E para controle, usei os fios que tenho, com núcleos mais finos que são facilmente pesquisados com o nome “Dupont”.

O mesmo foi feito com o motorista do motor.

Nos conversores DC / DC foram soldadas "pernas". Vale ressaltar que esses contatos são feitos de um metal que é soldado bem apenas pelo fluxo ativo. Então, em vez do FluxPlus, uso o LTI-120 e limpe os pontos de solda com um pano umedecido em isopropanol para remover resíduos de fluxo.

Agora estamos fabricando nossa placa de circuito com componentes eletrônicos. Para iniciantes, é bom imaginar em geral como e o que será conectado no quadro. Ou seja, tente desenhar uma placa de circuito.

[Placa de energia]

Adivinha onde eu inventei e “lambi” esse quadro? Vemos dois conectores na placa, dois conversores de tensão. Havia um jumper adicional (jumper removível), que pode ser instalado excluindo o fusível do circuito - eu fiz isso especificamente devido à falta banal de um fusível no momento da fabricação da placa.

Fiação da placa - o trabalho é bastante tedioso e meticuloso. Para energia, usei fios com uma seção transversal de 18 a 20 AWG, para o restante dos sinais - 26 a 30 AWG. Por que exatamente a placa de ensaio e os problemas com a fiação? Porque nós temos apenas o primeiro protótipo. Algo pode mudar, portanto, a fiação de solda é mais fácil do que cortar faixas e soldar todos os tipos de jumpers em uma placa de circuito impresso acabada. Leva tempo para fabricar uma placa de circuito impresso - divida-a, faça uma máscara, decapagem, broca, estanho, solda - é improvável que exija menos tempo do que fabricar uma placa de circuito com “fiação”. Embora a placa de circuito impresso seja mais confiável, ela parecerá mais profissional.

Pelas mesmas razões, os módulos conversores DC / DC não soldam na placa, mas são implementados como módulos removíveis. Idealmente, após a depuração inicial, eles devem ser adicionalmente presos com um conector, por exemplo, deixando cair cola quente. Não é ruim da mesma maneira para aumentar a confiabilidade da conexão de todos os conectores. Porém, embora tenhamos um protótipo, é mais conveniente fazer tudo removível, para que, no processo de depuração futura, tenhamos acesso livre a qualquer nó importante e facilitemos sua substituição, se necessário.

Depois de fabricar a placa, é necessário verificar se os receptores estão em conformidade com os diagramas de circuito e fiação. Usando um multímetro, verifico as entradas e saídas em busca de um curto-circuito (é melhor não "tocar" os contatos, mas medir sua resistência, porque no caso de fabricação ou design incorretos, por exemplo, uma resistência de cem ohms na entrada pode aparecer, o que pode não tocar) ", Mas sua presença será um erro no circuito e pode causar grandes problemas), além de garantir que tudo esteja conectado conforme necessário dentro da placa.

Após verificar, antes da montagem, verifique se a placa funcionará normalmente ao conectar todos os periféricos. Para fazer isso, primeiro conecte a bateria, o interruptor de energia e clique no interruptor. Os LEDs nos conversores de voltagem devem acender e não queimar nada. Enquanto nada estiver conectado, é necessário ajustar a tensão de saída dos conversores. Em seguida, a energia é desligada, o módulo de relé é conectado e a energia é aplicada novamente. Assim, toda a periferia está conectada em estágios e sob controle.

Instalação e conexão de eletrônicos da plataforma

A eletrônica está pronta. Agora você precisa instalá-lo. Lembra das pegadas das placas eletrônicas? Com uma chave de fenda sem fio, os furos são feitos nos lugares certos. Em seguida, eles são moídos com uma mini broca com um bico de moagem. Os parafusos M2 estão aparafusados nos orifícios. As arruelas devem ser colocadas sob os parafusos e porcas. Além disso, aparafusei a segunda porca - a porca de trava fornecerá uma conexão rosqueada mais confiável e reduzirá a probabilidade de que ela seja destorcida. Nós fazemos a máquina.

Noto que a distância entre dois motores adjacentes é bastante grande. Este é um ponto importante a ser observado pelo seguinte motivo. O fato é que os mecanismos selecionados estão sem feedback. Simplesmente aplicamos um certo nível de tensão a eles e eles giram a uma certa velocidade. Mas as características dos motores podem variar, o que certamente levará a problemas com o movimento retilíneo. Se a dispersão dos motores for pequena e o robô for controlado apenas por um operador que sempre pode corrigir o movimento, isso pode ser um problema insignificante. Mas se a propagação for significativa ou o robô precisar percorrer uma longa distância “em linha reta” no modo automático, será necessário fornecer feedback. Há uma série de motores idênticos, design GM25-370, nos quais os sensores Hall já estão instalados.O que é isso No verso do motor, no eixo alongado, um disco é montado com um ímã colocado sobre ele, o que afetará o sensor Hall. Após cada rotação completa do disco, obtemos um sinal de pulso, processando o qual você pode definir o número de rotações por minuto. Assim, uma base bastante séria para o futuro é lançada em nossa plataforma: é possível instalar motores com feedback, conectá-los a uma placa de potência que alimenta os sensores e transmitir sinais de telemetria à placa de controle - o sistema de controle pode igualar automaticamente a velocidade dos motores.processamento que você pode definir o número de rotações por minuto. Assim, uma base bastante séria para o futuro é lançada em nossa plataforma: é possível instalar motores com feedback, conectá-los a uma placa de potência que alimenta os sensores e transmitir sinais de telemetria à placa de controle - o sistema de controle pode igualar automaticamente a velocidade dos motores.processamento que você pode definir o número de rotações por minuto. Assim, uma base bastante séria para o futuro é lançada em nossa plataforma: é possível instalar motores com feedback, conectá-los a uma placa de potência que alimenta os sensores e transmitir sinais de telemetria à placa de controle - o sistema de controle pode igualar automaticamente a velocidade dos motores.

Soldei os fios nos motores de acordo com as marcas neles - em cada motor um ponto vermelho foi aplicado em um dos dois contatos. Depois de receber os motores, verifiquei-os, mas não prestei atenção à exatidão dessa marcação. A propósito, um dos motores veio com um casamento e não girou, o vendedor gentilmente me enviou um substituto que me atingiu por pelo menos um mês. Posteriormente, verificou-se que a rotulagem de um dos motores estava confusa, mas isso não importa - basta alterar a polaridade da conexão deste mecanismo à placa de potência. Olhando para o futuro, direi que a mesma situação aconteceu com a conexão dos "lados" - ao dar o comando "avançar", as rodas no lado de estibordo giravam para frente, no lado esquerdo - para trás. Isso também é corrigido alterando a polaridade da conexão do canal desejado do acionador do motor à placa de potência.Altere a polaridade da conexão - não é necessário soldar ou refazer nada, basta trocar os fios.

Para excluir o contato elétrico das placas eletrônicas com o estojo, cortei placas de plástico do blister na parte inferior da plataforma.

Instale a bateria. O plástico é muito macio e literalmente afunda sob a cabeça do parafuso, até a arruela não economiza, então tive que usar uma placa de metal comprida.

Todos os nossos parafusos e porcas da parte inferior reduziram ligeiramente a distância ao solo e parecem esteticamente agradáveis.

Isolamos o fundo nos locais de instalação das placas eletrônicas. Também cortamos e colocamos uma tira de plástico em uma placa de metal na bateria para evitar arranhar a caixa da bateria na cabeça do parafuso, lítio - isso é sério!

Instalamos e prendemos a placa de circuito eletrônico e o conector de alimentação.

Um pesadelo, quantos fios ... Conectamos os periféricos à placa de alimentação.

Eletrônica de controle da plataforma

Como você entende, em princípio, a tarefa está concluída. A plataforma é recebida, tudo saiu muito bem. Para controlar a plataforma, você pode usar qualquer microcontrolador, FPGA, Arduino, Intel Galileo e muito mais.

Eu escolhi a placa Arduino Nano, encontrei uma placa de expansão barata e conveniente para conectar periféricos e um módulo bluetooth a ela. A idéia básica é controlar nossa plataforma a partir de um smartphone via bluetooth. A placa de expansão, com sua abundância de contatos para conectar dispositivos externos, permitirá no futuro conectar perfeitamente os futuros periféricos do robô.

Agora precisamos desenvolver e fazer uma placa de circuito para essa eletrônica. Faremos um “sanduíche”: uma placa de circuito na qual o módulo bluetooth está instalado e uma placa de expansão, na qual, por sua vez, uma placa de circuito com um microcontrolador está instalada.

Comparado com o painel de alimentação, este painel é quase puramente alternado. No centro, um cabo de loop é conectado ao conector de três linhas de 18 pinos, conectando essa placa de controle à placa de alimentação. A partir desse conector, os sinais são roteados para os contatos necessários da placa de expansão, que chegam aos contatos necessários e pré-selecionados do microcontrolador. Além disso, a tensão de 5 V e Vbat é emitida para contatos individuais na placa. A placa é alimentada pelo módulo bluetooth, suas entradas Rx / Tx são conectadas às entradas Rx / Tx da placa Arduino Nano através de uma placa de expansão. No quadro, está um LED bipolar removível, cujo objetivo é indicar todos os processos relacionados à energia. O LED pode formar um brilho constante verde e vermelho, piscar em uma determinada frequência - isso deve ser suficiente para indicar a voltagem normal da bateria,sua descarga, indicações do processo de carregamento e a mensagem de saúde da fonte de energia conectada.
Para não ficar confuso sobre o que e onde conectar, desenhei esquematicamente uma placa Nano Arduino e distribuí os sinais para ela.

As portas Rx / Tx são ocupadas pelo módulo bluetooth, que funciona através do protocolo UART. Se possível, os sinais IN1-IN4 são conectados às portas digitais - a polaridade desses sinais determinará a direção de rotação dos motores e ENA / ENB às portas que permitem a saída de sinais PWM - esses sinais definirão a velocidade de rotação dos motores. Os valores dos sinais de telemetria da plataforma serão digitalizados pelas entradas analógicas A0-A3 da placa Arduino Nano. O LED ocupa as portas A4 e A5 e é conectado através de jumpers. O fato é que essas duas portas são necessárias para a organização simples do protocolo I2C e, se precisarmos, podemos simplesmente remover os jumpers. O LED pode ser "jogado" para outras portas livres ou conectado ao módulo de expansão de portas A4 e A5 das portas liberadas (por exemplo,baseado no chip PCF8574T - ele fornecerá oito portas de entrada / saída digitais adicionais, o módulo é controlado pelo protocolo I2C), ao qual um par de LEDs está conectado. Como resultado dessa distribuição da conexão, foram preservadas as possibilidades de conexão direta de dispositivos SPI, digitalização de mais dois sinais analógicos e emissão de até quatro sinais PWM (por exemplo, para controle de servoconversores). Em geral, eu gostaria de mais sinais livres, mas seu número pode ser aumentado usando o PCF8574T. No final, você pode usar outro Arduino Nano ou substituí-lo por uma plataforma mais adequada para as tarefas necessárias - esta solução fornece um determinado mínimo.Como resultado dessa distribuição da conexão, foram preservadas as possibilidades de conexão direta de dispositivos SPI, digitalização de mais dois sinais analógicos e emissão de até quatro sinais PWM (por exemplo, para controle de servoconversores). Em geral, eu gostaria de mais sinais livres, mas seu número pode ser aumentado usando o PCF8574T. No final, você pode usar outro Arduino Nano ou substituí-lo por uma plataforma mais adequada para as tarefas necessárias - esta solução fornece um certo mínimo.Como resultado dessa distribuição da conexão, foram preservadas as possibilidades de conexão direta de dispositivos SPI, digitalização de mais dois sinais analógicos e emissão de até quatro sinais PWM (por exemplo, para controle de servoconversores). Em geral, eu gostaria de mais sinais livres, mas seu número pode ser aumentado usando o PCF8574T. No final, você pode usar outro Arduino Nano ou substituí-lo por uma plataforma mais adequada para as tarefas necessárias - esta solução fornece um certo mínimo.você pode usar outro Arduino Nano ou substituí-lo por uma plataforma mais adequada para as tarefas necessárias - esta solução fornece um certo mínimo.você pode usar outro Arduino Nano ou substituí-lo por uma plataforma mais adequada para as tarefas necessárias - esta solução fornece um certo mínimo.

Nossa placa também fornece uma conexão de energia simples: existem contatos de energia de 5 V e tensão da bateria (até 12,6 V).

Vale a pena notar uma nuance da placa de expansão usada para o Arduino Nano. Em princípio, a placa de expansão permite que você obtenha o Vbat nele. Um conversor de tensão é instalado na placa de expansão, que reduz a tensão de entrada para 5 V e a alimenta na placa Arduino Nano, cujo conversor a reduz para 3,3 V, e essa tensão já é removida da placa Arduino Nano e roteada para os contatos correspondentes na placa de expansão. No entanto, não comecei a fazer isso e trouxe 5 V para o contato correspondente da placa de expansão. Além disso, o LED de controle na placa de expansão não acenderia se a placa Arduino Nano não estivesse instalada, ou seja, essa placa de expansão sem o Arduino Nano parece estar inoperante. Não entendi os motivos, mas esse momento foi anotado.

Nós fazemos este painel de controle.

Instalamos placas eletrônicas nele.

Preparamos assentos para o nosso conselho. Ao mesmo tempo, ajustamos o interruptor.

E nós coletamos tudo.

Agora você precisa fazer um cabo para conectar as duas placas. Os conectores de energia também são soldados para garantir a confiabilidade. Correta e com muito cuidado, verifique tudo. 12 V deve chegar a 12 V e 5 V a 5 V. As imagens das placas de circuito de potência e controle mostram "vista superior", ou seja, se você virar as placas, em seguida, de baixo para baixo, desacoplando as laterais das placas, os contatos mudam de lugar - isso é necessário levar em consideração ao fazer o cabo e encaminhar os fios correspondentes nele. Fiz os conectores de maneira simples: primeiro, disquei vários fios com conectores BLS e enrolei duas vezes com fita adesiva. Em seguida, todas as duas / três fileiras se juntaram e novamente enrolaram firmemente com fita adesiva. Descobriu-se um conector inteiro e monolítico. Os contatos não utilizados do conector simplesmente encaixam os conectores de plástico BLS sem contatos.

Após a fabricação do cabo, todas as placas eletrônicas são removidas da placa de controle e são verificadas com um multímetro da mesma maneira que a placa de alimentação. Conectamos o painel de controle ao painel de energia e aplicamos energia. Com a ajuda de um multímetro, verificamos cuidadosamente os contatos de potência de todos os módulos, estamos curiosos sobre a voltagem dos sinais de telemetria - mais uma vez estamos convencidos de que tudo está conectado corretamente. Você não precisa fazer isso, coletar tudo com confiança, aplicar energia e descobrir que, de alguma maneira misteriosa, os fios de 5 V e Vbat estão misturados e nossa placa Arduino e módulo bluetooth queimados. Mas é melhor não repetir os erros dos outros.

Na foto, você pode ver que um dos fios vermelhos é colorido em prata. Esta é a designação do condutor que transfere a tensão Vbat. Quando o dispositivo é montado, é útil criar "chaves" para a conexão. Por exemplo, não solde especificamente um contato PLS no conector e estrague a tomada de resposta no cabo ou plugue-o com um pedaço de isolamento - nesse caso, a "proteção contra insensatez" é implementada, pois então esse cabo no conector correspondente na placa pode ser instalado apenas corretamente porque não será estabelecido de outra forma (o método não garante 100% - a Internet está cheia de imagens quando indivíduos especialmente persistentes ainda conseguem contornar essa proteção aplicando persistência invejável e sua força notável). Normalmente, tingo os pinos correspondentes nos conectores.Seria útil designar os conectores de entrada dos conversores DC / DC na placa de alimentação e colorir os soquetes correspondentes na placa. Isso eliminaria a instalação incorreta dos conversores e, se várias cores forem usadas, isso eliminará a confusão das placas conversoras, que formam 5 V e 9 V. Para a designação, você pode usar esmalte feminino brilhante. Essa pequena regra ajuda muito na montagem / desmontagem frequente do dispositivo em desenvolvimento no estágio de depuração e teste.Essa pequena regra ajuda muito na montagem / desmontagem frequente do dispositivo em desenvolvimento no estágio de depuração e teste.Essa pequena regra ajuda muito na montagem / desmontagem frequente do dispositivo em desenvolvimento no estágio de depuração e teste.

Conectamos o cabo à placa de energia.

E para a placa do microcontrolador.

Antes de montar tudo - mais uma vez, verificamos a operabilidade -, clicamos no botão. E certifique-se de que tudo funcione.
Dois conversores de tensão funcionam.

O motorista do motor funciona.

A energia é fornecida ao módulo de relé.

Surpreendentemente, tudo funciona. Juntando tudo!

Verificamos que, após a montagem completa, tudo fica funcional.

Aqui nós temos um cara tão bonito. Cortina de um recém-nascido.

Tem 1,4 kg.

Geralmente, depois de terminar um trabalho, quem fez isso entende como isso pode ser feito ainda melhor. Não se apresse em refazer tudo, lembrando a tempo que o melhor é o inimigo do bem. Mas não pare por aí. Quase todo trabalho representa 20% da criatividade e 80% da rotina que precisa ser realizada para obter um produto final do trabalho. É a rotina que mata interesse, desejo, criatividade. Portanto, se você não refazer algo imediatamente, pense: o que pode ser melhorado no futuro?

Gostaria de voltar brevemente ao início do artigo, ao momento em que dividimos a plataforma em duas partes e removemos o painel de controle "separadamente". Naquela época, isso parecia uma solução muito equilibrada. No entanto, olhando para o campo abundante de contatos na placa de expansão do Arduino, entendemos que boa parte desses contatos não pode ser usada na implementação atual da plataforma - ocupamos quase metade dos conectores de entrada / saída na placa Arduino. E o próprio microcontrolador "torce" não apenas um programa para emitir um par de sinais PWM para os motores, mas fornece controle total sobre a fonte de alimentação interna e externa de toda a plataforma. Vale a pena considerar - talvez o microcontrolador deva ser incluído no compartimento do motor da nossa plataforma? O Bluetooth "fornece" os componentes eletrônicos da "plataforma" que controlam os dispositivos do robô,e pense através de uma interface em conjunto com ela. Você pode organizar o protocolo UART (serão necessários dois pinos do microcontrolador) sobre os quais um pacote de dados será transmitido contendo a direção e a velocidade de rotação dos motores, bem como as condições gerais da plataforma ... E você precisa pensar cuidadosamente sobre o design, pois não temos muito espaço no compartimento do motor ... Embora ... Se você implantar e mover o relé ...

Bem, isso terminou minha longa e, em alguns lugares, uma história chata. Somente o hardware foi desenvolvido, fabricado e montado - o hardware da plataforma. A próxima parte do trabalho é software. Mas isso não significa que apenas um programador precisará trabalhar mais. No processo de criação de firmware para o microcontrolador e depuração, às vezes você precisa pegar um multímetro ou mesmo um osciloscópio e descobrir qual sinal, onde e de que forma ele vem. Geralmente, é no início desse estágio, em maior grau, que erros e supervisão do estágio de design do hardware são manifestos. Nosso dispositivo é muito simples; portanto, se algo não funcionar, um erro será rapidamente encontrado. Você pode imaginar trabalhar com circuitos realmente complexos? Lá, você precisa ter muito mais cuidado e precisão.Também será necessário organizar uma interface de controle via bluetooth com um smartphone - criar algum tipo de protocolo para a interação das informações do robô com o telefone. E desenvolver um software com o qual seja confortável e conveniente controlar o robô. Mas tudo isso é outra história separada.

Algumas ferramentas e equipamentos 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 principais

(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

Pesquisas

Não sei como as pessoas que trabalham podem escrever um artigo em dois a três dias - levo duas a seis semanas. Portanto, minha produtividade não é superior a dois artigos por ano. É claro que existe uma classificação do artigo e do karma do autor, mas eu gostaria de avaliar com mais precisão sua atitude em relação a esse material e sua apresentação. Portanto, votar nas pesquisas abaixo é bem-vindo. A duração da pesquisa é de 1 ano a partir da data de publicação.

Robótica - criando a plataforma básica para o futuro robô