[Linefollower] Round

[pawcio0928]

Witajcie w moim workologu. Projekt wykonuję tak jakby do szkoły, ale wykonuję go jak najsolidniej jak się da. Staram się nie robić w tym projekcie zastosowań tymczasowych i prowizorycznych. Płytki będą zamówione w firmie.

Podstawowe założenia:

- kształt koła

- wielofunkcyjny

- możliwość podłączenia płytek rozszerzających

- komunikacja Bluetooth lub radio

- estetyczny

Oto schemat. Jak widać będę chciał używać rejestrów przesuwnych do sterowania oświetleniem.

PCB:

Prosiłbym o wyrażenie opinii użytkowników co sądzą o tym. Czy widzą jakieś drobniejsze lub większe błędy które należało by zniwelować lub po prostu tak potem będzie mi to łatwiej zaimplementować w kodzie.

Pozdrawiam

Paweł

[marek1707]

Naprawdę bardzo fajny schemat. Przyjemnie popatrzeć, żadnej plątaniny kresek, przewodów na skos albo przez elementy itp.

Jeżeli już mam coś dorzucić, to:

1. Trochę niefortunnie dobrałeś nazwy szyn zasilania. Vcc to zwyczajowo jest właśnie +5V, więc trochę to myli. Może dobrymi nazwami byłoby Vcc dla zasilania częsci cyfrowej i np. Vbat dla wejścia z baterii?

2. Ofiarą tego nazewnictwa padł mostek. O ile pamiętam VM to napięcie zasilania silnika (VMotor) a więc te piny powinny być podłączone do Twojego Vcc, a z kolei pin VCC mostka to zasilanie jego części cyfrowej - u Ciebie to linia Vcc.

3. Jeśli chcesz rozszerzać SPI przez złącze, to w obecnej wersji za każdym razem będziesz musiał przepychać te dane przez rejestry diodek co będzie wydłużać transmisje. Może zamiast na JP6 wypuszczać /QH* daj tam po prostu MOSI a zamiast LATCH daj MISO. Będziesz miał wtedy pełny, dwukierunkowy SPI a jako sygnału zatrzaskiwania danych użyjesz któregoś z sygnałów W1..6.

4. Zwykły LM1117 nie da w tej konfiguracji 5V chyba, że kupisz wersję 1117-5 albo zrobisz dzielnik rezystorowy od wyjścia do ADJ. Policz moc jaka się wydzieli w 1117 przy zapaleniu wszystkich diodek, pracującym procesorze i maksymalnym napięciu wejściowym - jakie ono będzie? - to ważna informacja a na schemacie jej zabrakło. Tej mocy wcale może nie być mało a wtedy będziesz potrzebował kilku cm² miedzi jako radiatora wokół stabilizatora lub nawet zmiany obudowy na większą.

5. Dzisiejsze diodki LED zadowalają się 1-2mA prądu. Przelicz oporniki szeregowe konkretnie dla tych które masz zamiar kupić. 330Ω wydaje mi się bardzo mało. U mnie diodki świecące przez światłowód i obudowę steruję z 5V przez oporniki 1-2k.

6. Zauważ, że rejestry diodek łączą się między sobą tylko 3 drutami a z każdego wychodzi 8 sygnałów do LED. Może warto je tak rozsunąć na płytce, by były bliżej swoich diodek a dalej od siebie? Znacznie zmniejszysz liczbę długich połączeń.

7. Możesz zmniejszyć straty energii (i grzanie stabilizatora) łącząc szeregowo po 2 lub lepiej 3 diody LED w czujnikach KTIR. Już o tym niedawno tutaj było. Przelicz oporniki szeregowe do nowych warunków.

8. Symbol indukcyjności (dławika) jest inny.

9. Masa na płytce to bardzo ważny - a właściwie najważniejszy sygnał. Trochę ją pogrubiłeś ale moim zdaniem powinieneś jeszcze nad nią popracować. Dodaj warstwę obrysów elementów, bo teraz to - oprócz najbardziej oczywistych - nie widzę co gdzie leży.

[piotreks-89]

Jeśli chodzi o komunikację z robotem, to postawiłbym na BT. Proste i będzie spełniać swoją rolę. Nie musisz kupować BTM-222. W Chińskich sklepach idzie dorwać całkiem niezłe moduły HC-05, za jakieś ~20zł/szt. z darmową przesyłką 😉

[pawcio0928]

piotreks-89, mógłbyś dać więcej szczegółów. Czy jest to od razu z przejściówką i buforem czy wszystko muszę sobie sam zaprojektować pod ten moduł. Jak byś mógł podać jakiś link do takiego pewnego taniego modułu.

[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

[pawcio0928]

Dobra zrobiłem poprawki i to dosyć mocne.

Jeśli chodzi o dławik tak wiem że nie ten symbol na schemacie, ale nie chce mi się szukać dławika w tej obudowie, a to rozwiązanie mam już sprawdzone.

Dobra do weryfikacji nowy schemat, oraz płytka.

[piotreks-89]

Te moduły HC-05 pracują w standardzie 3,3V (zresztą, jak większość tego typu modułów). Posiadają większą gamę komend AT niż ich "bracia" (tj. HC-04 i HC-06) oraz mogą pracować jako host. Schemat podłączenia jest banalnie prosty. Od biedy nie potrzebujesz żadnego elementu zewnętrznego (poza układem bufora i wskazanymi kondensatorami filtrującymi). TUTAJ! masz taki moduł z darmową wysyłką do PL.

[pawcio0928]

Prosiłbym o wypowiedzenie się na temat płytki bo w tym tygodniu chce je wysłać do firmy która je wykona.

[marek1707]

Tylko kilka zdań:

1. Na złącze JP4 wyprowadziłeś VDD, czyli napięcie baterii. Tak miało być? Podczas dołączania czegoś do tego złącza będziesz musiał pamiętać, by użyć dodatkowego stabilizatora.

2. Łańcuszek 4 diod szeregowo to chyba przesada przy 5V. Było o tym niedawno w jakimś projekcie. Tak, ma szansę działać, ale jest to działanie na krawędzi co widać z wartości opornika szeregowego (10Ω). Taki układ jest bardzo "diodowy" w swoim charakterze a tym samym bardzo czuły na zamiany napięcia zasilania oraz zmiany napięcia przewodzenia diod. Myślę, że w takiej konfiguracji jak u Ciebie to łańcuchy w konfiguracji 3+2+2 lu b 3+3+1 będą optymalne, w zależności od wygody podłączenia tego na płytce.

3. Jako C19 dałbym zwykły elektrolit. Tantale są czułe (i nieodporne) na szybkie zmiany napięcia - mało efektownie wybuchają robiąc "pyk" i uwalniając przykry dymek. Zacisk podłączenia akumulatora jest właśnie takim miejscem. Znikoma rezystancja szeregowa LiPola pozwoli - w chwili podłączania - na przepływ praktycznie nieograniczonego prądu, co spowoduje bardzo szybki wzrost napięcia i za którymś razem załatwi ten kondensator. To samo C13. Całą reszta systemu zasilania jest już chroniona ograniczoną wydajnością prądową stabilizatora i tam napięcie będzie narastać duuużo łagodniej.

4. Co to jest JP6, do czego służy i do czego jest podłączony?

5. Sygnał LATCH wyposażyłbym w opornik 10-22k do masy po to, by w czasie programowania diodki nie pokazywały przypadkowych wzorków po zbliżeniu ręki do płytki.

6. Czy policzyłeś moc wydzielaną na stabilizatorze przy ponad 8V na wejściu i pełnym obciążeniu diodkami LED, oświetlaczami IR i pracującym procesorem? Ile tego prądu będzie?

7. Indukcyjność wyrażamy w Henrach. Nie dość, że symbol jest zły (tak, już to tłumaczyłeś choć nie mogę uwierzyć, że nie da się go łatwo zmienić na schemacie) to jeszcze wartość od czapy. Widziałeś kiedyś taki dławik? Ciężko będzie kupić coś takiego z małą rezystancją przejścia (akurat tutaj to ważne), indukcyjnością 10uH i obudową 0805 - bo takiej chyba użyłeś. Ja bym celował raczej w wielkość min. 1812.

8. Zrób grubsze ścieżki do silników. Mostek musi mieć jakieś chłodzenie a każda miedź dołączona do nóżek tego scalaka odbiera ciepło i jest fragmentem radiatora. Jeżeli planujesz lutowanie w piecu, to możesz nawet zrezygnować z pocieniania ścieżek przy podejściach do padów a także zalać masą wszystkie nóżki GND bez użycia reliefów termicznych. Da się tak ustawić parametry polygonu w Eaglu?

9. Odsunąłbym niektóre ścieżki od krawędzi frezowanych. Tolerancja tej operacji jest dużo gorsza niż wykonania ścieżek i może się okazać, że któraś przebiega za blisko krawędzi. To samo z otworami "mechanicznymi" pod śrubki mocujące np. silniki. Otwory są oczywiście wiercone o wiele dokładniej niż frezowanie, ale łby śrubek/wkrętów są duże i mogą przykryć ścieżkę. Możesz dawać podkładki izolacyjne ale po co, skoro możesz teraz ścieżki poodsuwać.

[pawcio0928]

1. Tak miało być. Nie chce dodatkowo obciążać stabilizatora.

2. Poprawiłem na 3+1+3.

3. Dodane elektrolity niskoimpedancyjny zamiast tantali przy zasilaniu.

4. JP6 jest użyty jedynie do tego aby wyciągnąć sygnał od jednej nóżki stabilizatora w celu zrobienia radiatora z dużej powierzchni miedzi.

5. Rezystor dodany pomiędzy scalakami.

6. Tak obliczyłem. Będzie się wydzielać się ok 1,5 W. Prąd szczytowy to ok 500mA (licząc, że Ledy sygnalizacyjne będą pobierać 4 mA)

7. Tak faktycznie mój błąd. Źle wpisałem. Przyznaje rację. Zmienienie wyglądu na schemacie nie zajęło mi dużej niż 5 min. Jeśli chodzi o to to posiadam właśnie już dławiki o rezystancji 1,85 Ω.

8. Poprawione. Powiększyłem również połączenie z GND. Lutować będę ręcznie dlatego nie będę wyłączał tej opcji, chodź jest taka opcja, bo użyłem jej przy stabilizatorze.

9. Piałem do firmy z zapytaniem o tą tolerancję. Została ona uwzględniona w tej wersji. Na płytce są uwzględnione miejsca na łby śrub. Posiadam śruby którymi zostaną przykręcone silniki i łby z ładnym marginesem od miedzi będą pasowały. Reszta śrubek będzie plastikowa.

Oto poprawiony schemat i płytki:

[marek1707]

4. Środkowa nóżka (Vout) jest w SOT223 (i w wielu innych obudowach) wewnętrznie połączona z blaszką radiatora (Tab) więc na schemacie mogłeś zrobić to samo, a na płytce wylać polygon połączony z Vout. JP6 jest zbędny.

6. No ale jeśli policzyłeś moc, to co o tym sądzisz? Trzeba jakoś zinterpretować ten wynik. Moim zdaniem 1.5W to szczyt możliwości obudowy SOT223 a w tych konkretnych warunkach (po drugiej stronie ciepły silnik a całość radiatora na dolnej stronie płytki) to jesteś już za burtą. Jeszcze masz szansę zmienić to na DPAK lub PFM, ale to już raczej na górnej stronie PCB, bo pod spodem chyba będzie za grubo.

Dałeś mnóstwo diodek pod spodem pewnie żeby tworzyły "aurę" wokół podwozia i to fajnie - na pewno będzie wyglądało doskonale, ale może daj ze dwie na górę, żeby mieć jakąś sygnalizację np. awarii, zgubienia drogi, słabej baterii itp. BT nie zawsze jest wygodny, bo trzeba mieć jakiś sprzęt do odbierania. LEDom wystarczą nasze oczy 🙂

Szczerze mówiąc ładny projekt. Ciekawe jak sobie poradzisz z oprogramowaniem - chciałbym zobaczyć takie UFO w akcji.

[Sabre]

2. Łańcuszek 4 diod szeregowo to chyba przesada przy 5V. Było o tym niedawno w jakimś projekcie. Tak, ma szansę działać, ale jest to działanie na krawędzi co widać z wartości opornika szeregowego (10Ω). Taki układ jest bardzo "diodowy" w swoim charakterze a tym samym bardzo czuły na zamiany napięcia zasilania oraz zmiany napięcia przewodzenia diod. Myślę, że w takiej konfiguracji jak u Ciebie to łańcuchy w konfiguracji 3+2+2 lu b 3+3+1 będą optymalne, w zależności od wygody podłączenia tego na płytce.

Marku, czy aby na pewno takie połączenie jest działaniem na krawędzi? Szczerze i z własnego doświadczenia powiem, że nie. Po pierwsze, zasilane w ten sposób diody, zużywają znacznie mniej prądu, więc i mniej obciążają stabilizator. Używając nawet nie przetwornicy tylko jakiegoś stabilizatora low drop na 100-150mA nie będzie on obciążony na tyle aby na jego wyjściu napięcie wahało się bardziej niż o setne części wolta. Nikt w lfrze nie moduluje diodami z czujników więc i pobór prądu się nie waha. Po drugie, nawet jeśli spadnie napięcie zasilania, i spadnie prąd płynący przez diody, to spadnie na nich spadek napięcia co w konsekwencji doprowadzi do ustabilizowania się prądu w okolicach zamierzonych 20mA. Wahanie raczej nie przekroczy 2mA. To samo stanie się przy wzroście napięcia, nie mniej do takiej sytuacji dojść nie powinno z racji tego, że aktualnie produkowane stabilizatory nie mają takiego pływu napięć. Sam wielokrotnie używałem takiego połączenia i nigdy nie zauważyłem żadnych negatywnych skutków. Takie połączenie działa częściowo jak dioda zenera bo spadek jest zawsze w zasadzie taki sam przy 20mA, akurat Kingbright robi swoje czujniki o prawie idealnej powtarzalności parametrów pomiędzy egzemplarzami czego np. nie można powiedzieć o CNY70 Vishaya. W przypadku lfrów nie ma też co zakładać wzrostu temperatury samych czujników bo jest to raczej mało prawdopodobne, po włączeniu diod temperatura całego czujnika ustala się i utrzymuje na stałym poziomie.

[marek1707]

Wiesz, trudno mi będzie z Tobą dyskutować. Nie dlatego, że nie mam argumentów ale dlatego, że są one bardziej natury filozoficznej - będę musiał napisać o wierze i o stylu działania a więc o osobowości, temperamencie itp.

Najpierw technikalia, żeby choć przez chwilę było konkretnie.

Łącząc diodki szeregowo dostajemy coraz większe napięcie przewodzenia, zgodnie z prawami Kirchoffa. Cztery diodki KTIRa będą miały w temperaturze +25°C i prądzie 20mA ok. 4x1.2V=4.8V - tak wychodzi z wykresu w danych katalogowych. Jaki dajemy opornik? Proste, 10Ω. Wstawiasz i nie zauważasz żadnych negatywnych skutków. To dobrze. Przez diodki płynie prąd i je grzeje. Załóżmy, że się udało i płynie te 20mA, więc na każdej wydziela się 1.2*20mA=24mW. Nie wiemy jaką rezystancję termiczną ma ta obudowa, ale w Absolute Maiximum Ratings czytamy, że możemy w niej wydzielić w temperaturze pokojowej max. 75mW. Jest to pewnie ograniczone temperaturą struktury na poziomie gdzieś 80-100°C więc załóżmy, że nasze 24mW podgrzeje diodę tylko o 25°C. Zrobiło się już 50°C a w tej temperaturze mamy już 4x1.15V=4.6V - prąd wzrósł dwukrotnie, bo (5.0-4.6)/10Ω=40mA. Każdy przyrost temperatury powoduje dalsze zmniejszenie napięcia przewodzenia i stosowny wzrost prądu. Teraz zrób te same rachunki dla 3 diodek i dużo większego opornika i sprawdź o ile procent wzrósł prąd.

Oprócz tego prostego przykładu mam jeszcze swoje własne przemyślenia. Robię dużo projektów na raz, ale zanurzając się w pewien etap jednego, staram się skupić na tym maksymalnie po to, by potem nie musieć już do pewnych problemów wracać. Rysując schemat liczę sobie różne rzeczy. Prądy, napięcia, moce, pasma, szumy itp itd. Gdyby przyszło mi dobierać taki łańcuszek diodek nigdy bym go nie rozciągnął do takiej długości jaką proponujesz z jednego powodu - nie mam czasu na rozkminianie dwa razy tych samych rzeczy. Mój schemat musi być kompletny i musi mieć "wbudowane" działanie. Przy dzielniku na wejściu ADC, jak tylko wyznaczę wartości oporników od razu wpisuję obok tekstem maksymalne mierzone napięcie przy planowanym Vref, rozdzielczość pomiaru i stałą przez jaką procesor będzie musiał pomnożyć wynik konwersji by dostać np. wynik w mV. Koniec, ten fragment jest zrobiony i mogę o nim zapomnieć. Wolę wstawić regulowane przez procesor źródło prądowe (jeżeli na tym etapie nie wiem jakie diody LED będą używane bo mechanik jeszcze nie zaprojektował na nie miejsca, nie wiadomo jak daleko będą od płyty czołowej i jak długie będą światłowody) niż potem dobierać oporniki osobno dla czerwonych, osobno dla zielonych itd. Staram się osiągać 100% trafień w wartości elementów tylko dlatego, że zakładam marginesy projektowe. Wierzę w dane katalogowe elementów, ale istnieje coś takiego jak worst case analysis, czyli analiza najgorszego przypadku. Jest takie powiedzenie, że jak ma coś pójść źle, to na pewno pójdzie. Nie chcę na etapie uruchamiania płytki powtórnie zastanawiać się co też mnie podkusiło, by zaoszczędzić jeden opornik a przecież i stabilizatory mają rozrzut napięć i oporniki tolerancję i diodki rozrzut swoich parametrów. W końcu zdarzy się taki zestaw, w którym po włączeniu prąd będzie wystarczająco duży by nagrzać diody, wzrosnąć jeszcze bardziej i załatwić czujniki. I tak układy mają wystarczająco dużo zaskakujących cech wychodzących np. w testach w komorach termicznych lub badaniach EMC, bym jeszcze dokładał sobie problemy z krytycznym doborem elementów. No tak - możesz powiedzieć - ale to nie jest sprzęt wojskowy tylko line follower do zabawy. Masz rację, to dwa różne światy, ale filozofia projektowania jest podobna. Robimy coś na każdym etapie najlepiej jak umiemy i staramy się myśleć w przód. Przecież to dlatego dokładamy RS232 lub BT do robotów, żeby można było jakoś debugować program. Obudzenie się z ręką w nocniku nigdy nie jest przyjemne a ja nie lubię zajmować się dobieraniem jakiegoś drugorzędnego opornika tylko dlatego, że wymyśliłem sobie sztywne ramy i zero tolerancji. Masz rację, łańcuszki oszczędzają prąd i zmiana z 7 osobnych diodek na 3 jest dużą oszczędnością energii - to proponowałem i to zostało przez Kolegę uwzględnione. Natomiast cena niepewności, jaką musiałbym zapłacić za urwanie kolejnych 20mA przy przejściu z 3 na 2 łańcuchy jest dla mnie - w tym konkretnym przypadku - jednak za wysoka. I tutaj trudno się o to spierać, bo to kwestia stosunku do swojej pracy, zarządzania własnym czasem itp. Jeżeli możesz sobie pozwolić na komfort mierzenia prądu diodek w przypadku uruchamiania pojedynczej płytki - super. To są po prostu różne podejścia. I żeby nie było niejasności - żadnego z nich nie uważam za gorsze ani za lepsze 🙂

[Sabre]

Zrobiło się już 50°C a w tej temperaturze mamy już 4x1.15V=4.6V - prąd wzrósł dwukrotnie, bo (5.0-4.6)/10Ω=40mA. Każdy przyrost temperatury powoduje dalsze zmniejszenie napięcia przewodzenia i stosowny wzrost prądu.

Marku, ale do takiej sytuacji nigdy nie dojdzie ponieważ przy wzroście prądu tak jak sugerujesz wzrośnie spadek napięcia na diodzie i nigdy nie dojdzie do sytuacji, że prąd wzrośnie do 40mA. To o czym piszesz, zgodzę się, że jest prawdą ale tylko w warunkach przemysłowych, gdzie temperatury pracy elementów mogą dochodzić przy normalnej pracy do tych 50°C i więcej. Przy 40mA i 50°C dioda ma spadek 1,25V (według przerywanej linii w dokumentacji), więc wymusi to automatycznie zmniejszenie prądu albo i całkowity brak przepływu prądu ze względu na rezystor szeregowy i spadek napięcia na nim, które sumarycznie przekraczają 5V.

[marek1707]

Sabre: nie, wzrost temperatury powoduje spadek napięcia przewodzenia znanych mi złącz półprzewodnikowych. To właśnie z tego powodu tranzystory bipolarne wymagają stabilizacji punktu pracy bo wzrost prądu kolektora powoduje wzrost temperatury, spadek napięcia Ube, wzrost prądu bazy i dalszy wzrost prądu kolektora. Zwykłe diody też tak mają a to zjawisko jest wykorzystane w prostych termometrach. Stała wynosi -2mV/K. Tu, w KTIR jest tak samo: spadek. Przyjrzyj się dobrze, wykresy Uf dla zakresu -25..+75°C różnią się o ok. 0.3V dla tego samego prądu a kolejne wyższe temperatury są na lewo.

[Sabre]

Marku, zgadzam się ze wszystkim co napisałeś, ale już przy 50°C i 40mA spadek jest równy 1,25V, więc przy 5V zasilania, w zasadzie prąd powinien spaść do 0, więc dalej temperatura już nie wzrośnie, przez co moim zdaniem układ ustabilizuje się dużo wcześniej i nawet nie dojdzie do wzrostu temperatury do tych 50°C i wzrostu prądu do 40mA. Dioda ma to do siebie, że wraz ze wzrostem temperatury spadek napięcia maleje, ale w tym samym czasie rośnie prąd, ale w tym samym czasie przez wzrost prądu rośnie również spadek napięcia. Taki układ ustabilizuje się znacznie szybciej niż prąd wzrośnie do 40mA, przy których diody w łańcuchu 4 i rezystorze 10Ω powinny przestać w ogóle przewodzić.