Schemat płytki z czujnikami - line follower

[todr93]

Witam,

mam wielką prośbę Usiłuję zbudować robota typu line follower. Narysowałem schemat przedniego modułu z czujnikami. Czy ktoś mógłby na niego rzucić okiem i powiedzieć czy nie ma na nim jakichś błędów? Nie chciałbym się dowiedzieć o nich już po wytrawieniu

Oto schemat:

Z góry dziękuję za pomoc

[marek1707]

Muszę Cię zmartwić - schemat jest z cyklu "Jak mały Kazio wyobraża sobie system czujników", bo prawie wszystko co mogłeś zrobić naiwnie, zrobiłeś:

1. Komparatory nie są zasilane.

2. Gdy robot jest podniesiony lub stoi na czarnym napięcia wejściowe komparatorów przekraczają zakres dopuszczalnej pracy, bo zbliżają się do Vcc.

3. Marnujesz strasznie dużo prądu na oświetlenie. Mógłbyś 3 x mniej gdybyś diody połączył po 3 szeregowo.

4. Komparatory nie mają histerezy i będą wariować.

5. Napięcie odniesienia (to z potencjometru) nie jest w żaden sposób blokowane pojemnością więc będzie powtarzało wahania i zakłócenia z Vcc plus dostaniesz dodatkowe śmiecie z potencjometru.

Dla pełnej informacji nie wiemy ile wynosi Vcc i z czym ma ta płytka współpracować.

Czy mógłbyś zdradzić kim są tajemniczy Oni próbujący zbudować robota?

[todr93]

Ha ha, a więc tak: tajemniczy "oni" to widocznie głosy w mojej głowie, które mi kazały zamienić tę literę

1. O tym, że komparatory muszą być zasilane wiem. Niestety Eagle na schemacie ma ukryte wyprowadzenia zasilania oraz masy. Masę podłączył automatycznie, ale ścieżkę zasilania prawdopodobnie będę musiał poprowadzić ręcznie. Chyba, że można to jakoś zrobić na schemacie, ale nie wiem jak.

2. Czy to znaczy, że powinienem wstawić dodatkowe rezystory przed wejściem nieodwracającym? Jeśli tak, to jakiej wartości?

3. Czyli po prostu chodzi o oszczędność. Jeśli dobrze rozumiem, gdy połączę szeregowo, rezystory 240R mogę pominąć, tak?

4. Czy chodzi o zastosowanie sprzężenia rezystorem R2 tak jak to zrobiłem na schemacie poniżej? Jaką powinien mieć wartość?

5. Rozumiem, że powinienem zastosować kondensator. Dodałem go na schemacie, o to chodzi? I tu znowu pytanie o wartość i typ kondensatora.

Płytka ma współpracować z mikrokontrolerem ATmega328p, a dokładniej z kontrolerem Pololu Baby Orangutan B-328. Napięcie zasilania płytki z czujnikami będzie wynosiło 5V, wyprowadzone ze stabilizatora wbudowanego w zastosowany kontroler.

Dziękuję za uwagi i proszę o odpowiedź czy dobrze zrozumiałem wszystkie rady

P.S.

Co do zasilania komparatorów, już sobie z tym poradziłem i oznaczyłem odpowiednio na schemacie.

[marek1707]

1. Nie używam Eagla to nie wiem, ale widziałem schematy gdzie piny zasilania scalaków były więc to jakoś musi dawać się zrobić. O ręcznym dorysowywaniu ścieżek niezgodnie ze schematem zapomnij. To najkrótsza droga do kłopotów. Schemat musi być poprawny w 100% i musi 1:1 odpowiadać płytce. Inaczej nie masz szans używać narzędzi na automatycznej weryfikacji połączeń. O ilu takich "mykach" na płytce jesteś w stanie pamiętać? A w projekcie zrobionym 2 lata temu?

2. Oczywiście że musisz wstawić rezystory szeregowe, ale ze względu na histerezę. Słyszałeś kiedyś, by rezystor zmniejszył napięcie na wejściu które nie pobiera prądu? Z powodu zakresu napięć wejściowych komparatora (oczywiście już wiesz jaki on jest bo w międzyczasie przejrzałeś dane katalogowe i nie projektujesz na czuja, prawda?) ja bym zmienił konfigurację czujników tak, by na masie stał opornik a tranzystor emiterem na nim. Wtedy "normalnie", gdy nie ma żadnego sygnału dostajesz 0V i to jest bardzo dobre napięcie dla komparatora, a w miarę wzrostu oświetlenia napięcie się zwiększa. Jeśli do kolektora (lub do emitera, wszystko jedno) wstawisz jeszcze jeden opornik, masz dzielnik i dopiero to załatwi sprawę zakresu napięć wejściowych. Możesz też po prostu zasilać komparatory wyższym napięciem. Zwykle jest takie dostępne na płytce głównej robota.

3. Nie, nie możesz pominąć rezystorów. Będą po prostu inne. Widziałeś kiedyś ch-kę diody a najlepiej diody IR w tym czujniku? To popatrz i nie zdawaj takich pytań. Wszystko masz na tacy.

4. Histerezę dostajesz mając dwa rezystory lub bazując na rezystancji wyjściowej źródła. Podejrzewam, że wpisując odpowiednie hasło dostaniesz mnóstwo stron opisujących jak to policzyć i dlaczego.

5. Ojej, marnie to wygląda.. jesteś na studiach technicznych? Kondensator wraz z obiema częściami potencjometru tworzy filtr dolnoprzepustowy. Powiedzmy, że dla środkowego położenia (czyli napięcia progowego ok. 2.5V) chcesz zrobić filtr zaczynający odcinać gdzieś na 30-40Hz. To załatwi wszystkie szumy związane z pracą procesora, ale też wolniejsze zakłócenia od wahań obciążenia itp. Zaproponuj coś.

[Chumanista]

Taka średnio zwązana uwaga:

Jeśli to co masz w awatarze to prawdziwy projekt to zupełnie nie rozumiem turbiny tak z przodu.

Chodzi przecież o to żeby podnieś nacisk na koła a nie przednie ballcastery.

[todr93]

1. Ten problem już rozwiązany. Wszystko jest tak jak powinno być na schemacie i na płytce.

2. Nie jestem pewny czy dobrze zrozumiałem, ale trochę pogrzebałem w internecie i coś narysowałem. O coś podobnego chodziło? Rezystory dzielnika są dobrane tak, żeby napięcie wejściowe nie przekraczało 3,5V, natomiast histereza komparatora jest obliczona na poziomie 0,5V. Jeśli to jest dobrze, powinienem powtórzyć to przy każdym czujniku. Mam jeszcze pytanie do tego drugiego sposobu. Wystarczyłoby zasilić komparator przykładowo bezpośrednio z baterii, napięciem 7,4V, żeby móc pominąć projektowanie tego dzielnika?

3. Tutaj chyba wszystko już rozumiem, muszę po prostu dobrać odpowiedni rezystor, aby parametry zasilania diody były odpowiednie.

4. O tym już pisałem w punkcie 2.

5. Jeśli dobrze zrozumiałem, to dla środkowego położenia (5kΩ) i wartości filtru ok. 33Hz, pojemność kondensatora powinna wynosić ok. 6uF (o ile jest taki produkowany).

Niżej fragment schematu po wprowadzonych poprawkach. Możliwe, że dalej coś nie tak. A co do Twojego pytania: tak, jestem na studiach technicznych... Niestety wydział mechaniczny ma bardzo okrojoną elektronikę (praktycznie można przyjąć, że jej nie było), a wiedza, którą sam zdobyłem, nie jest za duża w tej dziedzinie i bardzo nieuporządkowana, dlatego projektowanie schematów wychodzi mi tak jak widać

Chumanista Masz rację, ta turbina powinna być z tyłu. Na początku nie była przewidywana, a później ją dołożyłem tam gdzie było miejsce. Myślę, że tam też częściowo spełnia swoją funkcję, bo dociska całego robota, chociaż na pewno nie jest to dla niej najlepsze miejsce. Na razie zająłem się elektroniką, ale pomyślę nad zmianą położenia turbiny

[marek1707]

2. To też jest OK. Ja myślałem o umieszczeniu tranzystora powyżej dzielnika (kolektor do plusa a oporniki w emiterze), bo taki układ daje sygnał wprost proporcjonalny do oświetlenia a Twój odwraca fazę, ale to wszystko jedno. Ważne by zakres napięć był dobry. Tak, zasilanie komparatorów wprost z akumulatora załatwia sprawę.

3. Wyjście komparatora powinno być podciągnięte w miarę małym rezystorem do plusa - to powoduje, że napięcie wyjściowe jest "dwustanowo" rozpięte między GND a Vcc. Rezystor powinien wymuszać prąd rzędu 0.5-5 mA w stanie niskim. Dopiero od takiego wyjścia ciągniesz rezystor dodatniego sprzężenia zwrotnego. Zwykle jest raczej duży (setki kΩ) bo przecież nie chodzi o kompletną zmianę ch-ki przejściowej komparatora tylko o uodpornienie go na szumy w zakresie przejściowym. Jeżeli ustawisz histerezę na 20-100mV to wystarczy. Od tego opornika zależy oczywiście ten wejściowy. Ponieważ histerezę można zrobić korzystając z rezystancji wyjściowej źródła, mając dzielnik na wejściu czujnika (ten przy tranzystorze) mogłeś z tego skorzystać i pominąć rezystor szeregowy na wejściu (+), ale taki układ trudniej się liczy. W każdym razie układ histerezy - ponieważ pracuje na prądach - ma wpływ na źródło sygnału. Najłatwiej chyba jednak założyć, że prądy są minimalne, rezystor sprzężenia zwrotnego jest duży, rezystor szeregowy na wejściu też raczej niemały i wtedy uproszczenie polegające na tym, że prąd wejściowy jest zero - zadziała. Rezystory dzielnika przy tranzystorze wyznaczają czułość całości więc nie mogą być zbyt małe. Zwykle stosuje się szeregowo z tranzystorem 10-47k i Twoje 1k nie rokuje dobrze.

5. W takim układzie obie części potencjometru pracują równolegle więc częstotliwość filtra będzie 1/(2.5k*C*6.3) co dla 2.2uF daje 28Hz, ale to nie apteka. Dasz 1uF i będzie dobrze. Dasz 10uF i też zadziała, bo same estymacje zakłóceń są przecież z sufitu. Ważne, żebyś rozumiał po co to robisz i gdzie są zagrożenia.

EDIT: Moim zdaniem radzisz sobie całkiem dobrze

[todr93]

Wprowadziłem poprawki. Dołożyłem rezystor podciągający wyjście komparatora do zasilania. Zmieniłem wartości rezystorów odpowiedzialnych za histerezę (teraz jest ona na poziomie ok. 50mV). Zwiększyłem też wartości rezystorów w dzielniku tak, że jego przekładnia została bez zmian.

Wydaje mi się, że teraz już powinno być ok, wrzucam dla pewności schemat:

Wielkie dzięki za pomoc i poświęcony czas

[marek1707]

Oporniki R3/R5 dobierzesz jak już zmontujesz pierwszy czujnik. Nie warto robić wszystkich na raz. Gdy czułość przy danym prądzie diod IR i rodzaju podłoża będzie zbyt mała, zawsze łatwiej zmienić dwa elementy niż dwadzieścia. Gdy już jeden będzie działał idealnie wtedy zrób resztę tak samo.

Dlaczego niektóre czujniki mają komparatory a inne nie?

Acha, potencjometr też powinien mieć rezystor od plusa uniemożliwiający podanie więcej niż 3.5- 4V na komparatory.

[todr93]

Te czujniki, które nie mają komparatorów, chcę podłączyć do ADC w procesorze.

[marek1707]

No dobrze, to dlaczego pozostałe mają komparatory? Pytanie jest takie: czy ten podział jest testem jakiejś idei, eksperymentem, czy jest to fragment głębszego planu np. część czujników musisz znać analogowo bo precyzyjnie śledzą krawędzie trasy a części wystarczą komparatory, bo np. detekują wypadnięcie poza białą planszę LF lub czarny okrąg cośtam-sumo?

[todr93]

Głównym powodem takiego podziału był fakt, że zabrakło mi po prostu kanałów ADC do takiej ilości czujników, dlatego wymyśliłem, że do reszty wykorzystam komparatory.

[marek1707]

To smutne. Spodziewałem się jakiegoś nowego pomysłu a wyszło, że zamiast projektować układ realizujący pewną ideę zrobiłeś po linii najmniejszego oporu

[todr93]

Przykro mi, że sprawiłem taki zawód Ale w projektowaniu też chyba trochę o to chodzi, żeby to co się da, jak najbardziej upraszczać (oczywiście nie kosztem funkcjonalności). Z tego powodu zakładając, że potrzebuję tylko cyfrowych sygnałów, starałem się, żeby płytka była jak najprostsza, a co za tym idzie mała i lekka.

[marek1707]

Bez przesady, przeżywałem gorsze rzeczy Spodziewałbym się albo takich samych komparatorów, albo wejść analogowych (plus ew. multiplekser) na każdym sygnale. Podział był intrygujący, to wszystko. Inne traktowanie różnych czujników tej samej wielkości (jasności) może przynieść inne opóźnienia i inne zachowanie się układu (w sensie całego robota) w zależności od sytuacji na trasie. Gdyby to był świadomy eksperyment, byłaby to ciekawa idea. Oczywiście życzę projektowi jak najlepiej.