Linefollower - pierwsze podejście - schemat

[marek1707]

Sam oceń:

Najpierw to co zrobiłeś Ty: spójrzmy na ten fragment schematu: kolektor do góry (do +5V), baza z boku dostająca (powiedzmy) 4.5V i emiter na dole z obciążeniem w postaci czujników, diodek IR itd. Od razu widać, że na emiterze dostaniesz 4.5-0.6=3.9V. Tranzystor pracuje w układzie wtórnika emiterowego. Problemy są dwa:

- port procesora obciążasz prądem wypływającym i oczekujesz na nim jednocześnie 5V (a najlepiej 5.6V - co nie jest możliwe),
- Napięcie 0.6V między bazą a emiterem, które jest nie do zwalczenia.

Wtórnik emiterowy pracuje "analogowo": na emiterze powtarza napięcie z bazy pomniejszone o spadek diody B-E, tranzystor nie pracuje w nasyceniu, masz duże straty napięcia i mocy w ciepło itd.. Jedyna zaleta tego układu jest taka, że nie musisz dawać opornika w bazie. Przecież popłynie w nią tyle prądu, ile wynika ze wzmocnienia tranzystora i zapotrzebowania obciążenia. Moim zdaniem marna oszczędność.

A teraz klucz pnp: podłączasz emiter do +5V, bazę do portu procesora (przez opornik rzecz jasna) a w kolektorze masz obciążenie. Tranzystor pracuje teraz w układzie OE. Wystarczy, że na porcie wystawisz zero logiczne i wszystko jedno czy ono będzie supersilne (0V) czy bardzo kiepskie (np. 1V), z bazy wypływa prąd głęboko włączający tranzystor. Ten wchodzi w nasycenie i między emiterem a kolektorem robi się 0.1-0.3V spadku. Czysto, najmniejsze możliwe w tym układzie straty, sama słodycz. Jedynym problemem może być pewne wyłączenie tranzystora, bo port nie musi wcale podjeżdżać w stanie wysokim do +5V. Na szczęście opornik podciągający bazę do +5V (22-100k) załatwia sprawę.

Czy mają Państwo jakieś pytania? Nie? To dziękuję za uwagę 🙂

[karol93]

No i wszystko jasne 🙂. A ja będę sobie musiał jeszcze spooorooooo o tranzystorach poczytac.... 😉.

Jeśli mogę zapytać, kolega marek1707 jest super-inżynierem? nauczycielem ? Bo widzę, że jednocześnie super dużo wie i super dużo uczy innych 😉.

[marek1707]

Eee tam, moim zdaniem to tylko umiejętny PR 😉

[karol93]

Wrzucam poprawiony schemat:

Do UARTa mam przejściówkę na USB na FT232.

Zastanawiam się, ile zajmuje bootloader, żeby programować Atmegę przez UARTa ? Używać będę C - pisząc przy użyciu bibliotek i funkcji z Arduino, strasznie się te programy rozrastają...

Rozważałem taki zestaw oporników:

http://botland.com.pl/zestawy-rezystorow/3490-zestaw-rezystorow-smd-smd1206-2500-szt.html

W sumie to taki odpowiednik THT 1/4W - można je również łatwo przylutować do płytki prototypowej, tak ?

Zastanawiam się również nad tym, żeby poprojektować sobie małe PCB na konkretne komponenty, żeby nie bawić się w lutowanie na prototypowej scalaków SMD.

Taki element jak cały moduł zasilający musi być przecież w każdym modelu - jak zrobie sobie PCB, to przy każdej kolejnej zabawie drukuje, trawie i lutuje - nie muszę sie bawić w układanie na prototypowej.

Tak samo można by zrobić może dla modułu komparatora z buzzerem i np. osobno pasek płytki dla LEDów ? Obawiam się, że to może być strasznie męczące, żeby lutować to wszystko na zwykłych prototypowych.

Co Wy na to ?

PS. Na razie sygnały audio zostawię - muszę to rozgryźć, a akurat mam do tego książkę 🙂

No i pytanie w sprawie lutowania SMD.... jaki jest minimalny zestaw sprzętu, żeby to się w ogóle udało ? 😉

[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

[marek1707]

Nie poprawiłeś wartości rezystorów przy multiplekserze i pojawiły się znaki zapytania przy opornikach w emiterach. Nie jesteś pewien co wybrać?

Zrezygnowałeś z przycisku RESET? Przydaje się. Wystarczy wstawić mały switch od pinu procesora do masy.

O wyjściu audio możemy pogadać jak już uporasz się ze śledzeniem linii 🙂

Teraz czeka Cię takie sporządzenie schematu by był poprawny pod względem formalnym w tym programie. Jeżeli etykiety połączeń wiszą w powietrzu to raczej mała szansa, by program PCB pokazywał poprawne połączenia. Skąd będzie np. wiedział gdzie podciągnąć RESET z gniazdka programatora? itd. Na pewno jest jakiś poradnik do tego programu, bo schemat w CAD to nie rysunek w Paincie. Musisz zapewnić tzw. connectivity czyli spełnić reguły wg których powstaje poprawna netlista eksportowana do modułu PCB. Bez tego to równie dobrze można rysować ołówkiem na papierze.

A co do reszty spraw montażowych: musisz sam przez to przejść i sprawdzić co jest dla Ciebie wygodne a czego nie lubisz. Ja bez problemu montuję prototypy na uniwersalkach, bo zacząłem 30 lat temu od robienia w ten sposób całych komputerów. Jedna sztuka robota to zawsze będzie prototyp więc taki montaż jest naturalny. W życiu nie zrobisz drugiego takiego samego, bo po co? Więc i druku nie ma co projektować a program PCB przydaje się w tych przypadkach do szybkiego i poprawnego rozmieszczenia elementów oraz jako wsparcie przy łączeniu. Młodsi koledzy z firmy wolą jednak robić płyteczkę nawet do prostych układów próbnych. Czekają tydzień na druk a w tym czasie mój układ został zrobiony, uruchomiony, przetestowany i oprogramowany. Cóż, każdy ma swoje upodobania. Nikt Ci nie powie jakie będą Twoje. Sam dojdziesz do swojej ulubionej technologii.

Oporniki 1206 są trochę duże. 120 mils długości to więcej niż raster płytki - nie mieszczą się np. jeden za drugim. Moim zdaniem do ręcznego montażu na takiej płytce optymalną wielkością jest 0805.

Nie jest Ci potrzebny tak duży dławik L1. Wystarczy 10uH albo nawet opornik 22-33R.

Nie mam więcej uwag. Powodzenia 🙂

[karol93]

A jak sprawa kondensatorów SMD - czy któryś wymiar dobrze pasuje do płytek ?

I jak robicie ścieżki na płytce prototypowej (zwłaszcz takiej, co będą elementy SMD montowane) ? 🙂 Ja do tej pory robiłem to kawałkami poucinanych nóżek - na szczęście w technologii TH, czyli całej tej plątaniny nie widać.... a tutaj ?

W kwestii rezystorów przy czujnikach- nie wiem za bardzo jak dobrać chociaż orientacyjną ich wartość.

Rezystory 100k zostały włączone równolegle do tych, które są przy czujnikach według zaleceń, żeby w razie urwanych przewodów zawsze podciągały wejścia multipleksera do masy, chyba, że to jednak źle zrozumiałem 🙂.

[marek1707]

Z kondensatorami jest dokładnie tak samo jak z opornikami. W wielkości 0805 masz od 10pF do 10uF bez łaski, a to pokrywa większość potrzeb. Co prawda po przekroczeniu 1uF mogą lekko drożeć, szczególnie przy wzroście napięcia powyżej 10V, ale to wciąż są grosze i na pewno taniej niż TH. W 1206 idziesz w przypadku przekroczenia mocy oporników (jakieś do pomiaru prądu lub zasilające np. podświetlanie LCD) - nawet czasem po kilka równolegle bardziej się opłaca niż jeden wielki TH no i w kondensatorach, gdy potrzebujesz np. 22, 47 czy 100uF na większe napięcia (>25V).

Elektrolity i tak są duże więc zupełnie spokojnie używaj przewlekanych - i tak zajmują miejsce więc spokojnie mogą trafić na stronę "elementów". Tantali nie polecam - trzeba uważać i wiedzieć gdzie je wstawiać.

Montaż? Ja robię tak: mam na szpulkach srebrzankę (drut miedziany srebrzony) dwóch rodzajów 0.3-0.4mm i 0.8-1.0mm oraz Kynar czyli drucik w izolacji teflonowej. Nie jest tani, ale rolka 50m starcza na dziesiątki projektów. Są różne grubości, ale 0.24mm to chyba optimum do prowadzenia sygnałów. Najpierw planuję masy i łączę je grubą srebrzanką. Nie ma ona izolacji więc kładzie się szybko a lutuje doskonale. Dłuższe proste odcinki mocuję co kilka (8-10) oczek kroplą cyny do padu żeby nie dyndały. Potem krótkie połączenia elementów leżących blisko siebie - cieńsza srebrzanka. I na koniec dłuższe kabeki - izolowany kynar. Warto mieć ze dwa-trzy kolory i przyjąć sobie jakąś regułę: zasilania takie, sygnały analogowe śmakie a cyfrowe owakie, ale niekoniecznie. Izolacja z tego tworzywa nie topi się pod lutownicą więc nie ma problemu z jej "uciekaniem", przepalaniem czy kurczeniem się przy lutowaniu. Odsłaniam 0.5-1mm długości na końcu, lutuję do punktu i tyle. W przypadku "słabszych" projektów (sam procesor plus kilka drobnych rzeczy lub analogówka małej mocy, jakieś czujniki itp) masę robię cieńszą srebrzanką - trzeba wyczuć. Masa jest ważna - to jej prowadzenie trzeba przemyśleć w pierwszej kolejności i tak położyć elementy, bo do każdego miała szansę dojść zgodnie z regułami założonymi dla projektu. Zasilanie - przy dobrze położonych kondensatorach blokujących nie jest krytyczne. DC i tak wszędzie dojdzie, a impulsowo - jest ciągnięte z pobliskiego 100nF/1uF więc nie ma problemu. Czasem warto zrobić dwa osobne stabilizatory na to samo napięcie (nie mówiąc o różnych) niż męczyć się z odkłócaniem dławikami itp. A i tak wszystko można zepsuć bezmyślnie położoną masą... więc pole do popisu jest ogromne 🙂

Acha, czyli zdecydowałeś się na rezystory tu i tu - OK. Daj przy czujnikach 22k a gdy będzie za dużo, zawsze bez wyciągania obecnych możesz dać tym już wlutowanym "na plecki" drugi 22k lub inny i dostaniesz mniej - to zaleta SMD 🙂

Ja używam płytek bez żadnych ścieżek:

http://www.tme.eu/pl/details/re100-hp/plytki-uniwersalne/roth-elektronik-gmbh/

ale to tylko przykład. Format Eurocard (100x160) jest wystarczająco popularny i duży, by ucinać z niego tyle co potrzeba do mniejszych rzeczy. Ja kupuję moje uniwersalki tutaj: http://www.elpinpcb.com.pl/ - to firma robiąca PCB na zamówienie, ale robią też płyteczki z rastrem 100mils i zwykle gdy jestem u nich po odbiór zamówionych projektów, biorę coś z półki. Jest tego kilka rodzajów a kosztuje jakieś śmieszne pieniądze. Nie wiem, czy mają to w oficjalnej ofercie, ale zawsze można zapytać.

A jeśli chodzi o płytki mające już jakieś ścieżki, to unikam. Każde połączenie zrobione przez producenta uniwersalnej PCB prędzej czy później zaczyna przeszkadzać. A tak kładziesz wszystko gdzie chcesz tak, by pasowało, by połączenia były sensowne, krótkie itp. Elementy 0805 tak zmniejszają całość w stosunku do TH, że właściwie zostają same scalaki i trochę "piasku" rozsypanego gdzieś na płytce.

Korzystając z płytki "sea of holes" bez żadnych ścieżek, ustawiam po prostu w programie do PCB raster 100mils i z taką siatką przesuwam i kładę elementy. Mogę też sobie w takim rastrze rysować ścieżki masy (wykonane potem srebrzanką) i od razu widzę gdzie są wąskie gardła i będę musiał przechodzić np. nad elementami lub sztukować izolowanym kynarem (chyba powinno być: Kynarem ) . Czasem to nic złego, ale gdy w danej gałęzi prądu jest więcej, trzeba przemyśleć.

[karol93]

Dzięki za rady ! 🙂

Rozkładam sobie wstępnie elementy, ale zastanawia mnie, jak zadziała prowadzenie np. sygnałów analogowych na krzyż - tzn sie przebieganie jednego nad drugim. Prądy są bardzo małe, ale czy jednak nie będą one zakłócać się nawzajem ? Multiplekser ma bardzo rozrzucone wejścia i wygląda to tak, że część wejść będzie trzeba poprowadzić na krzyż.

[marek1707]

Akurat prowadzenie "na krzyż" to najlepsze co się mogło zdarzyć. Dużo gorszą jest sytuacja w której przez wiele cm przewody idą obok siebie, ale ma to znaczenie w przypadku sygnałów naprawdę:

- małych,
- szerokopasmowych,
- nadawanych przez źródła o dużej impedancji wyjściowej

zakłócanych sygnałami:

- o dużych amplitudach,
- szybkich zboczach.

W Twoim przypadku nie musisz się tym bardzo przejmować. Nawet puszczenie kabelka do ADC obok linii zegara SPI nie spowoduje widocznego pogorszenia jakości pomiarów.

Oczywiście, tzw. dobrą inżynierską praktyką jest tego unikać i dbać o spójność sygnałów, ale nie można przesadzać. Najlepiej zachować zdrowy rozsądek: nie kusić licha i nie popadać w skrajności. Gdybyś robił urządzenie pomiarowe, doradzałbym czujność. Tutaj zachowaj ogólną separację części czujnikowej od silnikowej i możesz układać kabelki tak żeby było ładniej 🙂

[karol93]

Wrzucam fotkę, jak rozplanowałem położenie elementów na płytce i trasy:

czerwony GND

niebieski +8V

żółty - +5V

Płytka według eagla ma aktualnie 70x70mm, jak zacznę układać elementy już na płytce i popróbuję lutowania SMD, okaże się, czy tak ciasno poukładane elementy uda mi się przylutować 😉.

Nie chcę przygotowywać gotowego schematu połączenia srebrzanką, bo za dużo czasu to zajmie - mając schemat i z grubsza rozrzucone elementy powinno udać mi się to dobrze polutować 😉, a sygnały i tak polecą najpewniej najkrótszą drogą (na krzyż).

Kynar i srebrzankę na szczęście można kupić "na metry" tak więc za 20zł mam po kilka 10 metrów kynaru w czterech kolorach i za kolejne 30zł po 10metrów srebrzanki 0,8 i 0,4mm 😉. Na ten projekt na pewno wystarczy 😃

[marek1707]

Korzystasz ze stabilizatora na module procesora? Jeżeli już za niego płacisz, wykorzystaj go. Skoro Vcc na pokładzie Arduino będzie referencją ADC, spraw by było robione osobno. Pisałem o tym. Czy rozdzieliłeś obwody masy silnoprądowej (mostkowo-silnikowej) od tej słabej (procesorowo-czujnikowo-sygnałowej)? Zrób drzewo: niech jego pniem będzie punkt dojścia zasilania z aku położony bardzo blisko głównego stabilizatora. Od tego miejsca robisz gałęzie: w osobnej lekkie masy sygnałowe, w osobnej ciężkie masy napędowe. Myśl o prądach. Zastanów się którędy - w tym co pokazałeś - będzie wracał do minusa akumulatora prąd od jednego mostka, od drugiego i jak będzie zmieniał poziom odniesienia (0V) np. dla procesora mierzącego sygnały analogowe.

Nie widzieliśmy schematu w docelowej wersji - z Arduino jako modułem, więc płytkę można ocenić tylko pod względem estetycznym. Cóż, ładna, kolorowa 😐 Tylko duże doświadczenie usprawiedliwia świadome pomijanie którychś etapów projektu. Sądzisz, że dajesz radę?

[karol93]

Nie, nie, broń boże, nie sądzę, że juz wszystko umiem, tylko po prostu wydaje mi się, że ciężko narysować w eaglu coś sensownego, jesli wszystko bedzie później łączone na krzyż (mowa oczywiście o sygnałach).

W kwestii masy starałem się stworzyć coś na wzór gwiazdy, gdzie wszystkie gałęzie różnych mas spotkają się w jednym miejscu. (W moim przypadku przy gniazdku baterii)

Masy z driverów biegną poboczem płytki i wpadają do baterii, do jednej z mas drivera podpiąłem masę buzzera, jako że odpalany jest tranzystorem i w sumie płynie przez niego dość duży prąd.

Masa analogowa z płytki spięta jest z masami dzielników napięć dla komparatora i samym komparatorem. Do niej wpadają później masa z multipleksera i Arduino i znowu całość biegnie do masy w okolicach baterii.

Ciężko jest to szybo pogodzić z sensownym dysponowaniem miejscem, no i żeby te elementy nie wyglądały jak losowo rzucone.

PS. Chyba rozumiem swój błąd, postaram się wrzucić poprawioną wersję 😉.

[marek1707]

Nie bierz (niektórych 🙂 ) moich uwag tak do siebie. Nie chodziło mi o podkreślanie, że nic nie umiesz - co z resztą nie jest prawdą i naprawdę nad wyraz dobrze sobie radzisz - tylko o przekazywanie sobie treści projektu uzgodnionymi metodami. Jeżeli pracuję sam, mogę czasem coś odpuścić, przeskoczyć jakiś etap bo (dopóki ktoś mnie nie oderwie do innej pracy) wszystko mam w głowie. Tutaj tak nie jest i jeśli gdzieś sobie na kartce zrobiłeś przypisanie pinów do Arduino i nawet jeśli to wyszło OK a potem pokazujesz płytkę, to ja i wszyscy śledzący ten wątek (pozdrawiamy) stajemy bezradni. Oprócz kilku oczywistych rzeczy typu multiplekser czy stabilizator, nie mamy prawie żadnych odniesień do schematu. Tak więc moja ocena tego etapu będzie kompletnie bezwartościowa. Nie będę weryfikował, czy program PCB dobrze narysował "nitki" od pinu do pinu bo to ma zrobić bez łaski, ale już sens podłączeń sygnałów do nowego modułu chciałbym dostrzec. Bez schematu to trudne. Etap rozmieszczania elementów jest wbrew pozorom bardzo trudny i czasochłonny. Tak jak napisałeś - trzeba spełnić wiele przeciwstawnych wymagań (a i tak zawsze ktoś się przyczepi). Na szczęście(?) jest on pod pewnym względem podobny do innych etapów projektu: każdy pośpiech czy zaniechanie tutaj skutkuje zwiększonymi kosztami (czas, pieniądze, wymiary, estetyka) na następnych etapach. Trzeba się przyzwyczaić i tak balansować wysiłek, żeby się nie narobić bez sensu, a na końcu wyszło dobrze 🙂

A płytka całkiem zacna 🙂 Coś czuję, że następny projekt na pewno zrobisz samodzielnie i to 2x szybciej, bez ciągłego narzekania różnych forumowych "mądrali" jak - daleko szukać.. ja 😐

[karol93]

Takie mądrale są potrzebne 🙂 - uczenie się wszystkiego na własnych błędach jest dość żmudne i kosztowne, a dobry nauczyciel zawsze w cenie. Właśnie jeśli chodzi o takie wytyczne, o których się samemu nie mam jak dowiedzieć, dopóki nie zwróci się na to uwagi 😉.

Zamiast robienia własnej listwy LEDów, okazało się, że można taką już kupić:

Moduł NEOPIXEL WS2812B listwa 8x LED RGB WS2812 użytkownika: telmal

http://allegro.pl/modul-neopixel-ws2812b-listwa-8x-led-rgb-ws2812-i5689711085.html

gotowa, do włożenia na goldpinach - na wejściu musze tylko klucz PNP zrobić 😉.

Nie sądzę, żebym kolejny zrobił już sam i 2x szybciej, ale już na pewno łatwiej pójdzie, przynajmniej w zakresie poznanych elementów 😋.

(chyba) poprawiony schemat PCB masy (podświetlona)

(na resztę proszę nie patrzeć - schemat nie jest dokończony).

a tutaj

schemat:

https://www.dropbox.com/s/n75dwt7i9e2zpf4/schemat_na_prototypowa.png?dl=0

(niestety znowu nie zadziałało wrzucenie przez forum)

[marek1707]

Masa zrobiona podręcznikowo, do schematu nie ma się gdzie przyczepić - świat się kończy.. 🙂

Gdybyś chciał jeszcze troszkę uprościć płytkę kosztem uwiązania się do środowiska, to mógłbyś zrezygnować ze złącza programatora SV1. Wstawiając płyteczkę Arduino i decydując się korzystać tylko z jego IDE, moduł ma na krótszym boku rząd pinów (GNC, VCC, TXD, RXD, RST) do których możesz wprost - bez przechodzenia przez główne PCB podpiąć przejściówkę USB/UART i korzystając z istniejącego bootloadera wgrywać tamtędy kod. Wystarczy wlutować rząd pinów (kątowych? żeby nie sterczały) od góry płyteczki i dorobić prosty kabelek do konwertera. Masz wtedy "za darmo" monitor portu szeregowego, co naprawdę bardzo pomaga w uruchamianiu kodu. No ale coś za coś: uwiązanie do Arduino może być bolesne (choć w tej konstrukcji chyba niezbyt, bo program raczej nie będzie hiperskomplikowany a biblioteki do obsługi choćby LEDów RGB czy PWM z timera 1 mogą się przydać), być może lubisz już jakieś inne środowisko do AVRów no i zabiera to UART. Na razie nie jest wykorzystany, ale kto wie co tam zaraz podłączysz: moduły BT czy WiFi to teraz w warzywniaku można dostać...

-------------------------

EDIT:

Nie, przepraszam, przepraszam, świat jednak jeszcze troszkę potrwa 🙂

Moduły driverów mają dwa zasilania: Vin czyli logika wejściowa +5V i VM czyli stopnie końcowe +8V. Na schemacie jest jakoś inaczej 🙁

Jeżeli wyjść FAIL nie używasz (i innych), nie dodawaj im tych etykietowanych strzałek (portów?) bo to sugeruje, że gdzieś na schemacie jest jeszcze druga taka sama.

Nie widzę złącza do listwy LEDów.

Na PCB przewidziałbym jakieś mocowania. Co najmniej ze dwa otwory fi 3.2 pod śruby M3 w przeciwległych rogach lub jakoś inaczej, ale żeby płytka nie musiała wisieć na drutach. Taka śruba ma łepek ok. fi 6.5mm więc tyle pustego miejsca jest potrzebne wokół otworu.

Jeżeli robisz model elementu i więcej niż jeden pin jest tą samą funkcją, nazywaj je tak samo. Teraz zastanawiamy się, czy na Twoim Arduino VCC to coś innego niż VCC2 i RST to RST2, a to wszystko jest chyba w środku pozwierane?