Fatum - pierwszy LF

[Greg_18]

Witam,

Od jakiegoś czasu interesuję się elektroniką i mikrokontrolerami. Wykonałem już kilka projektów opartych na ATmegach i wydaje mi się ze całkiem całkiem mi to wychodziło. Teraz chciałbym zabrać się za coś konkretniejszego i wybór padł na Line Follower'a.

Nazwałem go Fatum bo prześladuje mnie od jakiegoś czasu chęć stworzenia właśnie LF'a.

Chciałbym tu opisywać moje dokonania, a także z Wasza pomocą rozwiać moje wszelkie wątpliwości i od razu z góry dziękuje wszystkim którzy wykażą się chęcią pomocy początkującemu robotykowi amatorowi. Robotów tego typu jest już sporo, więc jest na czym się wzorować, jednak każda pomoc będzie mile widziana. Z założenia przy budowie robota mam się dobrze bawić i sporo nauczyć więc myślę że taki robocik to świetna możliwość żeby połączyć przyjemne z pożytecznym. Tyle słowem wstępu. Przejdę teraz do omówienia założeń i tego czego udało mi się do tej pory stworzyć.

 

1. Założenia:

 

1.1 Mechanika:

Część mechaniczną chcę oprzeć na silnikach Pololu HP 10:1, sterowanych za pomocą dwóch sterowników TB6612FNG po jednym na każdy silnik łącząc kanały w każdym ze sterowników aby uzyskać większą wydajność prądowa. Do tego planuje dorzucić jakąś turbinkę np. stosowaną w wielu istniejących robotach EDF 27.

1.2 Elektronika:

Jako jednostkę centralną wybrałem ATMega32 taktowana zewnętrznie 16MHz. Czujniki linii to wykorzystywane powszechnie 16x KTIR0711S podpięte do komparatorów LM239, do tego cyfrowy dalmierz SHARP 40cm (gdybym kiedyś zechciał się pobawić w omijanie przeszkód). Oczywiście moduł IR 36kHz do startowania/stopowania robota.

1.2 Zasilanie:

Zakładam użycia akumulatorów Li-Pol 7.4V, z którego bezpośrednio będą zasilane silniki (oraz turbina jeżeli zdecyduje się ją zastosować). Zasilanie logiki przez stabilizator LM7805 (do przemyślenia przetwornica ST1S10PHR)

2. Realizacja

Wiele elementów jest już zakupionych lub zamówienia są w trakcie realizacji.

Wykonałem pierwszy schemat podłączeń, najprawdopodobniej (na pewno) wymaga popraw i korekt.

Zamieszczam schematy tylko najważniejszych elementów żeby poprawić czytelność (np. tylko 4 czujniki a nie 16)

3. Pytania na chwilę obecną

- Co z zasilaniem logiki - wiem że LM7805 to nie jest zbyt dobry układ i duża cześć energii jest przez niego rozpraszana, ale z drugiej strony mam wątpliwości co do przetwornicy impulsowej (doboru podzespołów - wiem że są kalkulatory do wyznaczenia teoretycznych wartości, ale w praktyce nie jestem w stanie stwierdzić teraz rzeczywistego poboru prądu itp.)

- Zastanawiam się również nad przesyłaniem sygnałów z czujników do ATMegi - czy zastosować jakąś taśmę czy może poprowadzić po prostu ścieżki na części łączącej "część główną" z "częścią czujników"

- Czy zasilanie czujników przez 5V to dobry pomysł? Widziałem że niektórzy stosują zasilanie czujników i komparatorów na 3,3V. Czy dobrym pomysłem jest zastosowanie jednego potencjometru do regulacji napięcia referencyjnego do wszystkich czterech komparatorów?

[Tolo]

- Co z zasilaniem logiki - wiem że LM7805 to nie jest zbyt dobry układ i duża cześć energii jest przez niego rozpraszana, ale z drugiej strony mam wątpliwości co do przetwornicy impulsowej (doboru podzespołów - wiem że są kalkulatory do wyznaczenia teoretycznych wartości, ale w praktyce nie jestem w stanie stwierdzić teraz rzeczywistego poboru prądu itp.)

Co do 7805 to zawsze możesz dać jakiś lepszy stabilizator LDO np: MCP1727. Ale jeśli chodzi o przetwornicę to przecież możesz policzyć pobierany prąd masz przecież noty katalogowej.

- Zastanawiam się również nad przesyłaniem sygnałów z czujników do ATMegi - czy zastosować jakąś taśmę czy może poprowadzić po prostu ścieżki na części łączącej "część główną" z "częścią czujników"

Możesz je łączyć np: taką tasiemką

Czy dobrym pomysłem jest zastosowanie jednego potencjometru do regulacji napięcia referencyjnego do wszystkich czterech komparatorów?

Regulowanie czterech komparatorów oddzielnie było by baaaardzo uciążliwe....

[Sabre]

Ale jeśli chodzi o przetwornicę to przecież możesz policzyć pobierany prąd masz przecież noty katalogowej.

Tolo, twoje rady są nie do końca na miejscu. Pobierany prąd można z góry założyć, jeśli będzie niższy to nic się nie stanie, przetwornica będzie miała trochę gorszą sprawność, ale i tak wyższą niż stabilizator liniowy. Logika nie pobierze więcej jak 100-200mA, zależy jak podłączysz diody IR z czujników. Są gotowe przetwornice na 5V, w których nic nie trzeba liczyć, daje się takie elementy jak w nocie katalogowej, jedynie dobiera się cewkę na maksymalny prąd.

Co do 7805, to w zależności od producenta ma on różne minimalne napięcie zasilania, i musi być ono wyższe o 1,5-2V od stabilizowanego napięcia. Przy zasilaniu 2s, czyli akumulatorek ma minimalnie 6V, maksymalnie 8,4V, zwykły stabilizator się nie nada, musiałaby być wersja L o niskim spadku napięcia, albo zupełnie inny stabilizator.

[Greg_18]

Przy zasilaniu 2s, czyli akumulatorek ma minimalnie 6V, maksymalnie 8,4V, zwykły stabilizator się nie nada, musiałaby być wersja L o niskim spadku napięcia, albo zupełnie inny stabilizator.

Wczoraj trochę poczytałem o tej przetwornicy i właśnie dlatego o czym pisze Sabre zdecydowałem się jednak ją zastosować.

Po wyliczeniu teoretycznego zużycia prądu przez logikę wyszło mi coś ponad 1.55A (przy połączeniu równoległym diod w czujnikach). Nie wiem czy nie lepiej będzie połączyć je szeregowo... stosując obliczenia wg kalkulatora wyszedł mi rezystor R1 105kOhm, i cewka 2.19uH. Reszta podzespołów wg noty katalogowej.

Co do połączenia pomiędzy czujnikami a resztą robota postanowiłem zastosować taśmę - zaleta - mniejsza waga samego robota i ułatwi to chyba prowadzenie ścieżek 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Sabre]

Greg_18, czy mógłbyś dać rozpiskę tego poboru prądu, 1,5A to bardzo dużo jak na pobór dla samej logiki, nawet przy równoległym łączeniu diod.

[Greg_18]

Patrzyłem na noty katalogowe i na pobór prądu każdego z elementów:

Mega32 ok 22mA (przy zasilaniu 5V i taktowaniu 16MHz)

Czujniki 16 x (50mA dioda IR + 20mA na czujnik) (zakładając że wszystkie wykryją linię jednocześnie)

Czujnik IR TSOP - 5mA

Sharp 28mA

LEDy - 2x 20mA i jedna 25mA

widzę ze się gdzieś walnąłem bo teraz wychodzi mi 1.212A, nie mogłem znaleźć w notach które to jest pobór prądu w przypadku mostków i komparatorów dlatego pominąłem w obliczeniach i założyłem ze razem (4 kompa. i 2 mostki nie pobiorą więcej niż 0.5A) dlatego wcześniejszą wyliczoną wartość (1.55mA zwiększyłem do 2A)

[Sabre]

Czujniki 16 x (50mA dioda IR + 20mA na czujnik) (zakładając że wszystkie wykryją linię jednocześnie)

Przez diodę IR KTIRa nie powinno płynąć więcej niż 20mA i taki prąd przyjmuj. Przez fototranzystor płynie znikomy prąd nawet jak jest otwarty, masz szeregowo rezystor 10k. Więc masz tu około 320mA na samych IR z czujników plus kilka mA na fototranzystorach. Diody IR możesz połączyć po 4 w szereg co zmniejszy zużycie do 80mA.

Ledy - jeśli nie chcesz zrobić oślepiającej choinki to przez leda nie powinno płynąć więcej niż 5mA. Aktualnie produkowane ledy świecą naprawdę jasno już przy 1mA. Z tego co pamiętam, to w Tsubame wyliczałem rezystory na prąd poniżej 10mA do ledów. W moim mikro quadrokopterze wyliczałem 1mA i świecą naprawdę jasno 🙂.

[Greg_18]

Połączyłem diody IR w szereg po 4, poza tym zmniejszenie pobieranego prądu przez logikę powinno wydłużyć czas jazdy na akumulatorach. Chociaż jak zdecyduje zastosować się turbinę to prąd i tak będzie nie mały... sama turbina z tego co czytałem ciągnie ponad 5A, a Pololu też swoje biorą...

Ledy mają służyć wyłącznie w celach kontrolnych (zasilanie z baterii silników, zasilanie logiki, i jakaś dioda kontrolna która będzie pokazywać czy program działa oraz dioda pokazująca niski stan akumulatorów...) wiec zastosuje się chyba do twojej rady...

Co do zużycia prądu to znalazłem już pobór prądu mostków i komparatorów: mostki przy zasilaniu części logicznej 5V i 5.5V silniki pobiera prąd 2,2mA, (ja będę zasilał silniki 7,4V więc zakładam 3mA na mostek); komparatory - 0.8mA na każdy komparator. Podsumowując logika będzie ciągnąć 229.2mA (zakładając prąd LEDów 20mA). Myślę że stosując jakiś współczynnik mogę przyjąć że logika będzie brała 300mA do obliczeń doboru parametrów przetwornicy. Co o tym myślicie?

[Sabre]

Greg_18, przy 4 diodach połączonych szeregowo rezystor dla 20mA to 10 Om. Turbinka EDF27 pobiera trochę ponad 3A na pełnym ciągu, tylko nie pamiętam czy robiłem test na zasilaniu 1s czy 2s, ale chyba 2s, więc nie ma tragedii. Li-pol o pojemności 500mAh poradzi sobie bez problemu z takim prądem.

[Greg_18]

Racja. drobny błąd się wkradł 🙂 Nie zmieniłem wartości na schemacie... Teraz jest poprawnie.

Po ponownym doborze podzespołów do przetwornicy (przy poborze 250mA) wyszła mi cewka = 14.48uH zastosuję 12uH przy której stały pobór to ok 300mA. kondensatory zostawiam tak jak w nocie.

A co do Li-Pola to celowałem w 800mAh 20C, ale skoro mówisz że u Ciebie wystarczyło 500 to rozważę to, zwłaszcza że waga jest prawie 2 razy mniejsza...

[Sabre]

Po ponownym doborze podzespołów do przetwornicy (przy poborze 250mA) wyszła mi cewka = 14.48uH zastosuję 12uH przy której stały pobór to ok 300mA. kondensatory zostawiam tak jak w nocie.

Do jakiej przetwornicy dobierasz cewkę?

No i nie napisałem, że u mnie wystarczyło, tylko, że lipol 500mAh poradzi sobie z taką turbinką bez problemu. Ja w moich lfrach nie mam turbinek, tak tylko się bawiłem EDF27. O ile mój nowy lfr w końcu powstanie to również nie będzie posiadał turbinki 🙂, po prostu nie czuję takiej potrzeby.

[Greg_18]

Do przetwornicy ST1S10PHR.

Ehh... Moje czytanie ze zrozumieniem... poradzić sobie powinien bo w końcu wydajność prądową ma 16A, tylko pozostaje kwestia czasu pracy na nim, zależna od pojemności 🙂 ale szczegółowy dobór zasilania na razie nie jest aż tak istotny (chyba), z założeń wiemy że ma być zasilany 7,4V.

[Greg_18]

Przepraszam że podbijam temat, ale prace powoli się posuwają i mam dość spory problem który chciałbym jak najszybciej rozwiązać...

Otóż chodzi mi o podłączenie złącza FPC 20pin w rastrze 0.5mm... Czy takie połączenie jak zaprezentowałem jest wykonalne? W sensie czy nie będzie problemu z wykonaniem takiej płytki przez firmę? czy raczej "pomodzić" jeszcze i zrobić żeby ścieżki do dolnego rzędu były puszczone od dołu a do górnego od góry??

Zdjęcie poniżej:

[Treker (Damian Szymański)]

Raczej mało realne, aby udało się to wykonać. Sprawdź jakie minimalne przerwy muszę być między ścieżkami i ustaw to w regułach Eagle, następnie sprawdź poprawność płytki przez DRC 🙂

[Greg_18]

dzięki za podpowiedź 😉 Zrobiłem jak radziłeś i przy okazji znalazłem jaszcze parę innych błędów na płytce...

Co do samego złącza próbowałem tak podłączyć ścieżki do niego ale kiepsko mi to szło więc postanowiłem zastosować złącze z rastrem 1mm...

Przy projektowaniu płytki głównej pojawił się jeszcze jeden problem...

Otóż przetwornica ST1S10PHR ma pad od spodu i teraz nie wiem jak je podłączyć i czy mogę w tym wypadku zastosować przelotki i "zlutować" spód przetwornicy przez przelotkę... widziałem w DataSheecie że tam były w proponowanej aplikacji właśnie przelotki pod przetwornicą... tylko pytanie czy dam radę ręcznie to zlutować?

Dorzucam schemat połączenia przetwornicy... zobaczcie czy będzie ok...