Schemat układu [STM32, silnik, serwo, czujniki]

[MasteR_PuppetS]

KABOOM!

Witam!

Jestem totalnym laikiem, moje pojęcie o elektronice ogranicza się do bardzo podstawowych wiadomości, czysto teoretycznych.

Potrzebuję zaprojektować schemat układu z procesorem STM32 (48pins), silnikiem, serwem, 2 czujnikami sharpa, 2 czujnikami ultradźwiękowymi (nigdy wcześniej z czymś podobnym nie miałem do czynienia, proszę więc o wyrozumiałość).

Oto, co udało mi się do tej pory stworzyć na podstawie informacji znalezionych w internecie (przez co niekoniecznie prawidłowych lub niewłaściwie przeze mnie zinterpretowanych):

Proszę o wskazanie błędów w układzie, oraz o pomoc w obliczeniu potrzebnych parametrów.

Za wszelkie wskazówki i uwagi będę niezmiernie wdzięczny.

Pozdrawiam.

[marek1707]

Witamy na Forum 🙂

Wiesz, prosząc o pomoc byłoby fajnie gdybyś napisał coś więcej o swoim projekcie. My tutaj po prostu bardzo jaramy się takimi konstrukcjami, a każdy nowy uczestnik jest z oczywistych względów źródłem ciekawych inspiracji i pomysłów. Jeśli możesz skrobnij parę zdań o tym dlaczego akurat STM32, dlaczego jeden silnik, czy to serwo będzie nim obracało, no i w ogóle do czego to jest, jak będzie używało czujników i co będzie robiło i gdzie.

Ogólnie dobrze jest wiedzieć jak najwięcej o tym co się robi i dlatego ludzie zwykle zaczynają od czegoś prostego. Jak już wyczują na własnej skórze (i własnym multimetrze) o co mniej więcej chodzi, gdy już wiedzą coś o akumulatorach, programatorach, procesorach i jego peryferiach, majstrują dalej i naturalną koleją rzeczy następne projekty są coraz większe i bardziej skomplikowane. Sklejanie większych konstrukcji z klocków znalezionych w sieci nie jest dobrym początkiem, bo nadal niewiele rozumiesz i brniesz z tą niewiedzą dalej. Edukacja ma swoje koleje i nie da się przeskoczyć pewnych etapów. No ale do rzeczy. Ponieważ nie wiem do czego twój robot jest i czym się kierowałeś rysując schemat, trudno oceniać mi Twoje wybory pod względem funkcjonalnym. Np. nie wiem, czy przetwornica impulsowa jest tutaj z jakiegoś konkretnego powodu - czy przewidujesz w przyszłości jakieś wielkie pobory prądu, zależy Ci na ułamkach procentów sprawności, chcesz tego scalaka użyć bo jest tani, czy wreszcie zrobiłeś to "bo tak". Właśnie dlatego opis funkcjonalny bardzo by się przydał. Wtedy można czepiać się nie tylko drutów narysowanych na kartce, ale także celowości i sensowności użycia pewnych rozwiązań. Dobra, to tyle marudzenia.

1. Nie wiemy co jest źródłem zasilania robota. Napisałeś 7.4V a ponieważ większość początkujących myśli, że takie napięcie daje dwucelowy akumulator LiPol, to ja zakładam, że tak właśnie będzie.

2. Przetwornica jakiej użyłeś do zrobienia 5V nie da rady przy tym typie źródła zasilania i 5V na wyjściu. Po pierwsze jej kluczem są bipolarne tranzystory połączone w układ Darlingtona a to zawsze powoduje duże straty napięcia. Akumulator daje od 8.4V do 6V. Przy tak małej różnicy napięć we-wy (w skrajnym przypadku masz 6-5=1V), nie sprawdzają się żadne przetwornice impulsowe a tak stare i prymitywne jak poczciwy 34063 w szczególności. 5V możesz jedynie otrzymać z dobrego stabilizatora liniowego i to klasy LDO czyli o małym spadku napięcia (Low Drop-Out). Przy zasilaniu z akumulatora 3S byłaby inna rozmowa. Przy okazji: przetwornica to nie tylko scalak, ale i kilka okolicznych elementów biernych. Nie umieszczając wartości indukcyjności dławika albo typu diody nie dajesz mi szansy oceny. C5 na pewno nie będzie elektrolitem - w generatorze taktującym spodziewałbym się pojemności w okolicach nF.

3. 7805 daje na wyjściu 5V więc nie wiem dlaczego liczysz na 3.3V. Jeżeli miało być tam coś innego, napisz to na schemacie. Błędne nazwy elementów są gorsze niż żadne.

4. VBAT procesora oczekuje podania napięcia, zwykle jest to 3.3V, ale możesz użyć baterii podtrzymującej pewne życiowe funkcje np. zegara. Na schemacie podajesz 3.3V przez kondensator - to nie zadziała.

5. Staraj się rysować tak, by szyny zasilania były wyżej niż GND. Inaczej dochodzi do takich błędów jak odwrotnie włączony C19.

6. Nie wiemy co to są "czujniki sharpa" więc nie mogę się odnieść do wprowadzenia ich sygnału prosto do procesora. Ponieważ są zasilane z 5V, ich sygnał może być dla niego niebezpieczny.

7. W zależności od Twoich oczekiwań i zastosowanego silnika użycie historycznego mostka L298 może być błędem, ale nie musi. Może to działać beznadziejnie, ale może też wystarczyć.

8. Co to jest VCC na złączu JTAG?

9. Kompletnie brakuje mi tutaj interfejsu z użytkownikiem. Jakieś LEDy, przyciski, wyświetlacze, bipczaki itd. Skąd będziesz wiedział w jakim stanie jest robot gdy już postawisz go na podłodze? Czy coś widzi, czy podjął jakąś decyzję, czy czujniki coś zeznają albo czy program zwisł lub wszedł w stan którego nie przewidziałeś? A jeśli Ty inie będziesz wiedział, to jak połapie się przyszły użytkownik? JTAG może i wystarczy do uruchamiania algorytmu na stole, ale "w boju" potrzebne są inne metody. Może łącze radiowe? Mając tyle rzeczy na pokładzie do obsłużenia program nie będzie trywialny, a warto jest wiedzieć zdalnie co tam w środku piszczy. I czy w ogóle jeszcze coś.

[MasteR_PuppetS]

Dziękuję za obszerną, konkretną i wyczerpującą odpowiedź!

Wybór procesora nie należał do mnie.

Obiekt docelowy to pojazd 4 kołowy, napędzana tylna oś (silnik), przednia oś skrętna (do sterowania osią zamierzam wykorzystać serwo), omijający przeszkody (po to czujniki).

To wstępny plan. Potem można to rozwijać w bardzo wielu kierunkach.

To chyba nie jest skomplikowana konstrukcja? 😋

Próbuję wykonać taką konstrukcje, właśnie po to, aby zacząć coś rozumieć - to główny cel.

Ad.1

Tak, planowałem aby był to akumulator LiPol, chyba, że jest coś (w podobnej cenie) co sprawdzi się w moim przypadku lepiej?

Ad.2

Moim celem jest przetworzenie prądu z akumulatora najpierw na 5V, aby zasilić mostek H, serwo i czujniki, a następnie na 3.3V aby zasilić STM32.

Zaproponowanie rozwiązania przedstawionego na schemacie wynika z braku wiedzy o alternatywnych rozwiązaniach. Jeżeli stabilizator w takim przypadku sprawdzi się lepiej, to oczywiście zdecyduję się na stabilizator.

Ad.3

Projektując schemat nie zwracałem uwagi na wszystkie oznaczenia.

Ma to być stabilizator zamieniający napięcie 5V na 3.3V, nie wiem jeszcze stabilizator o jakim oznaczeniu tego dokona.

Ad.4

Czyli wystarczy podać samo napięcie 3.3V, bez żadnych "dodatków" ?

Ad.5

Będę pamiętał.

Ad.6

Coś tego typu:

http://botland.com.pl/analogowe-czujniki-odleglosci/23-sharp-gp2y0a41sk0f-analogowy-czujnik-odleglosci-4-30cm-.html

Ad.7

Silnik od młynka do kawy - ma napędzać tylną oś.

Prędkość nie jest szczególnie istotna.

Ad.8

Napięcie 3.3V

Ad.9

To oczywiście nie jest jeszcze kompletny schemat. Zamierzam go rozwijać, ale najpierw wolałbym się upewnić czy w ogóle jestem na dobrej drodze. Od czegoś trzeba zacząć 😋

LEDy, czy sygnały dźwiękowe w momencie wykrycia czegoś przez czujniki wydają się być dobrym pomysłem.

Docelowo chcę, aby pojazd ten pracował w dwóch trybach:

- automatycznie

- zdalnie sterowany - i tutaj trzeba będę musiał pomyśleć, jak najlepiej to rozwiązać.

Raz jeszcze dziękuję za odpowiedź.

Pozdrawiam.

[marek1707]

Układ czterokołowy ma słabą manewrowość wynikającą z dużego promienia skrętu. Gdy przeszkoda będzie szeroka i nie uda się jej wyminąć "z marszu" będziesz musiał wykonywać skomplikowane manewry z cofaniem i zmianą toru jazdy na kilka razy. Jeżeli robot nie musi być demonem szybkości a wystarczy by jakoś jeździł i omijał przeszkody, dużo lepiej sprawdzi się układ z dwoma kołami napędzanymi dwoma niezależnymi silnikami ze sterowaniem dwukierunkowym. Takie coś potrafi jechać z dowolnym promieniem skrętu, nawet zerowym (obrót w miejscu). To znakomicie upraszcza algorytmy nawigacji i planowania trasy w ograniczonej przestrzeni. Dodatkowe podpory (kulki?) z przodu i z tyłu zapobiegną kiwaniu się podwozia w przód i w tył przy zmianach prędkości.

Nie wiem co to jest silnik od młynka do kawy. Spróbuj wyrażać się bardziej technicznie. Napięcie, moc, ew. prąd biegu jałowego, zatrzymania (stall). Czy to ma jakąś przekładnię i czy możesz ją wykorzystać? Silniki DC lubią wysokie obroty a Ty musisz dopasować zakres obrotów wejściowych (silnika) do wyjściowych (napędu koła robota). Jeżeli odbiornikiem nie jest np. wiatraczek który "łyknie" kilka tysięcy rpm tylko koło napędowe, musisz mieć przekładnię. Zwykle 1:10 - 1:100 wystarcza. Im większe przełożenie tym oczywiście na wyjściu jest wolniej i mocniej. Z napięcia 6-8V jakie dostaniesz z akumulatora, do silnika po tym mostku dojdzie jakieś 4-6V. Czy to jest OK? Napięcie i prąd to kluczowe parametry które musisz znać. Od tego zależy moc strat na mostku, a więc i jego typ, wielkość jego radiatora itp.

Jeśli planujesz przyszłą zabawę w zdalnie sterowane modele, musisz kupić gotowy nadajnik i pasujący do niego odbiornik. Tu nie ma czego wymyślać. Kwestia ceny, od 200-10000zł. Jeśli zdalne sterowanie to taki pomysł ad hoc na tego robota, możesz wykorzystać moduły radiowe, ale trochę się narobisz, musisz to oprogramować a zasięgi żadne - taka zabawka może na 50m.

[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

[MasteR_PuppetS]

Układ czterokołowy ma słabą manewrowość wynikającą z dużego promienia skrętu. Gdy przeszkoda będzie szeroka i nie uda się jej wyminąć "z marszu" będziesz musiał wykonywać skomplikowane manewry z cofaniem i zmianą toru jazdy na kilka razy. Jeżeli robot nie musi być demonem szybkości a wystarczy by jakoś jeździł i omijał przeszkody, dużo lepiej sprawdzi się układ z dwoma kołami napędzanymi dwoma niezależnymi silnikami ze sterowaniem dwukierunkowym. Takie coś potrafi jechać z dowolnym promieniem skrętu, nawet zerowym (obrót w miejscu). To znakomicie upraszcza algorytmy nawigacji i planowania trasy w ograniczonej przestrzeni. Dodatkowe podpory (kulki?) z przodu i z tyłu zapobiegną kiwaniu się podwozia w przód i w tył przy zmianach prędkości.

Zapewne masz rację, ale cała konstrukcja mechaniczna jest już wykonana.

Nie wiem co to jest silnik od młynka do kawy. Spróbuj wyrażać się bardziej technicznie. Napięcie, moc, ew. prąd biegu jałowego, zatrzymania (stall). Czy to ma jakąś przekładnię i czy możesz ją wykorzystać? Silniki DC lubią wysokie obroty a Ty musisz dopasować zakres obrotów wejściowych (silnika) do wyjściowych (napędu koła robota). Jeżeli odbiornikiem nie jest np. wiatraczek który "łyknie" kilka tysięcy rpm tylko koło napędowe, musisz mieć przekładnię. Zwykle 1:10 - 1:100 wystarcza. Im większe przełożenie tym oczywiście na wyjściu jest wolniej i mocniej. Z napięcia 6-8V jakie dostaniesz z akumulatora, do silnika po tym mostku dojdzie jakieś 4-6V. Czy to jest OK? Napięcie i prąd to kluczowe parametry które musisz znać. Od tego zależy moc strat na mostku, a więc i jego typ, wielkość jego radiatora itp.

Obecnie niestety nie mam możliwości podania dokładnych parametrów silnika.

W każdym bądź razie podłączałem go do napięcie około 3V i pojazd jeździł.

Napięcie 4-6V jak najbardziej jest ok.

W najbliższym czasie postaram się zapoznać z dokładnymi parametrami silnika i w oparciu o to kontynuować planowanie i dokonać odpowiednich obliczeń.

Jeśli planujesz przyszłą zabawę w zdalnie sterowane modele, musisz kupić gotowy nadajnik i pasujący do niego odbiornik. Tu nie ma czego wymyślać. Kwestia ceny, od 200-10000zł. Jeśli zdalne sterowanie to taki pomysł ad hoc na tego robota, możesz wykorzystać moduły radiowe, ale trochę się narobisz, musisz to oprogramować a zasięgi żadne - taka zabawka może na 50m.

50m to w zupełności wystarczająca odległość. Jeżeli będzie mnie to kosztowało trochę wysiłku - to tym lepiej.

Zapytam jeszcze - czy za pomocą tylko stabilizatorów jest możliwe przekształcenie tego napięcia z akumulatora 7.4V Li-Pol na odpowiednie napięcie do odpowiednich elementów i czy jest to w miarę optymalne rozwiązanie?

[marek1707]

Jeśli masz na myśli stabilizatory liniowe, to tak - za ich pomocą możesz zrobić oba potrzebne napięcia. Wystarczy by były one (te napięcia) mniejsze niż minimalne wejściowe o wartość wymaganą przez producenta układu. Cechą wspólną takich stabilizatorów jest wytracanie różnicy napięć przez element liniowy (tranzystor) co nieodłącznie wiąże się z generacją ciepła. Im więcej prądu ciągniesz z wyjścia i im wyższa jest różnica napięć - tym moc strat jest większa. Dlatego musisz policzyć i podsumować wymagania Twojego układu na prąd. Jeżeli procesor, czujniki, ew. diodki LED, ew. moduł radiowy i co tam jeszcze wymyślisz będzie ciągnęło w sumie np. 300mA, to robiąc 3.3V bezpośrednio z akumulatora dostaniesz (8.4-3.3)*0.3=1.5W ciepła. To niemało i musisz się liczyć z radiatorem w układzie lub na tyle dużą obudową stabilizatora (np. TO220 lub DPAK), by tę moc wypromieniowała sama z siebie. 5V wydaje się łatwiejsze (mniejsza różnica we-wy), ale nawet małe serwo może pociągnąć i 1A. Duże biorą po kilka A, a wszystko zależy od obciążenia. Zakładając niewielkie opory układu kierowniczego i absolutny brak ograniczeń mechanicznych ruchu serwa, możesz liczyć na 300mA, co daje moc (8.4-5)*0.3=1W.

Połączenie szeregowe stabilizatorów (8V→5V→3.3V) niczego nie zmienia w całkowicie traconej mocy, tylko inaczej ją rozkłada. Możesz dzięki temu użyć np. dużego układu z radiatorem dla 8V→5V a już małego dla 5V→3.3V. Być może będzie to bardziej optymalne powierzchniowo.