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ENCICLOPEDIA DE RADIOELECTRÓNICA E INGENIERÍA ELÉCTRICA Lunokhod con control por microcontrolador. Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica.
Enciclopedia de radioelectrónica e ingeniería eléctrica. / Microcontroladores El dispositivo descrito fue desarrollado para demostrar las capacidades de los sistemas de software y hardware para controlar objetos en movimiento. El objeto era un juguete para niños "moon rover" con un mando a distancia por cable, accionado por dos motores eléctricos de corriente continua y que permitía controlar cada uno de ellos por separado. Cuando se enciende la alimentación, el modelo comienza a avanzar. Al mismo tiempo, se encienden el transmisor y el receptor de radiación IR pulsada montados en él. El movimiento continúa hasta que la intensidad de la señal IR reflejada supera el umbral establecido, lo que indica la presencia de un obstáculo en el camino. Una vez que esto sucede, el modelo gira hasta que la señal reflejada cae por debajo de este umbral, después de lo cual continúa hacia adelante, y así sucesivamente. En la figura se muestra un diagrama esquemático del complejo de hardware y software para controlar el modelo Lunokhod. Su base es un microcontrolador CMOS (MCU) rentable de ocho bits AT90S2313 (DD1), construido utilizando la arquitectura avanzada RISC AVR. La frecuencia del reloj la establece el resonador de cuarzo ZQ1 a una frecuencia de 5 MHz (puede ser cualquier otra, hasta 10 MHz). Un circuito de resistencia R13 y condensador C12 sirve para restablecer el MK en el momento en que se enciende. El conector desmontable X1 se introduce para la conexión y desconexión rápida del MK y el resto del dispositivo, así como para conectar el MK a una computadora con el fin de actualizar un programa o diagnosticar una operación.
Además del microcontrolador, el dispositivo contiene un transmisor de pulsos de radiación infrarroja (VT4, VD2), un receptor de radiación reflejada por un obstáculo, que consta de un fotodiodo VD1, un amplificador de dos etapas (VT1, VT2) y un detector sincrónico. (VT3), y cuatro interruptores electrónicos (1VT1 - 1VT3, ..., 4VT1 - 4VT3). El dispositivo funciona con una batería compuesta por cuatro baterías Ni-Cd de tamaño C con una capacidad de 1500 mAh, instaladas en el compartimento previsto en el modelo. El voltaje de suministro del microcontrolador y el receptor de infrarrojos se mantiene mediante un regulador de voltaje del microcircuito DA1 sin cambios. Durante el funcionamiento, se reciben pulsos con una frecuencia de repetición de aproximadamente 0 Hz desde la salida del puerto PD4 hasta la base del transistor VT1220. Como resultado, se abre periódicamente y el diodo luminoso VD2 incluido en su circuito colector genera radiación IR pulsando con una frecuencia determinada en la dirección de movimiento del modelo. La resistencia R7 limita la corriente a través de la unión del emisor del transistor y protege la salida del puerto MK contra daños durante la ruptura de esta unión. La corriente máxima a través del LED está limitada por la resistencia R9. La radiación IR reflejada por el obstáculo es percibida por el fotodiodo VD1 conectado en paralelo con la resistencia R2, a través de la cual se realiza la retroalimentación de corriente continua, que cubre el amplificador de dos etapas en los transistores VT1, VT2. Los pulsos de voltaje del colector del transistor VT2 se alimentan a un detector síncrono hecho en un transistor de efecto de campo VT3. Su uso se debe al hecho de que durante el funcionamiento del localizador, la resistencia R3 crea no solo oscilaciones con una frecuencia de aproximadamente 1220 Hz, sino también ondulaciones con una frecuencia de 100 Hz de lámparas incandescentes, así como interferencias aleatorias tanto en el rangos visible e IR del espectro. El nivel de estas interferencias suele ser proporcional al nivel de radiación infrarroja reflejada por el obstáculo y, si no se toman medidas especiales, esto puede conducir a la detección de un obstáculo falso. Para evitar tales errores, se utilizó un detector síncrono. Su entrada (puerta del transistor VT3) está conectada al mismo puerto (DO) que la entrada del transmisor, por lo tanto, sincrónicamente con los destellos del LED VD2, se abre el transistor VT3, que conecta la salida del amplificador a los transistores VT1, VT2 a uno de las entradas del comparador MK (PB0/AIN0). El voltaje de referencia en su otra entrada se establece mediante la resistencia ajustada R12, ajustando así la sensibilidad del dispositivo a la señal reflejada. El funcionamiento de los motores eléctricos del modelo MK se controla mediante llaves electrónicas S1 - S4. Consideremos el funcionamiento de uno de ellos, por ejemplo el primero (los demás actúan de manera similar). Cuando el voltaje de entrada es inferior a 0,6 V (log 0), los transistores 1VT1 y 1VT3 están cerrados y 1VT2 está abierto, por lo que el voltaje en la salida y el terminal del motor M1 conectado a él está cerca del voltaje de la fuente de alimentación. batería GB1. Suministro de una clave de nivel de registro a la entrada. 1 hace que se abra el transistor 1VT1, por lo que 1VT2 se cierra y 1VT3 se abre y el voltaje de salida se acerca a 0. La resistencia 1R1 limita la corriente consumida por la tecla desde la salida MK a un valor de aproximadamente 3 mA, que es significativamente menor. que la corriente de salida permitida (20 mA en el nivel de registro 0 y 10 mA en el nivel de registro 1). La resistencia de la resistencia 1R2 se selecciona de tal manera que, por un lado, garantice una corriente de salida suficiente del interruptor cuando 1VT2 está abierto y, por otro lado, de modo que la corriente a través del transistor abierto 1VT1 no sea demasiado grande. . Dado que los motores eléctricos utilizados en el modelo consumen una corriente muy grande (aproximadamente 600 mA) y crean un intenso ruido impulsivo, tuvieron que ser reemplazados por motores DPB-902, más económicos y con menos interferencias. Es posible utilizar otros motores eléctricos colectores de grabadoras y grabadoras de radio. Para administrar claves electrónicas, se utilizan cuatro dígitos superiores del puerto B: РВ7, РВ6, РВ5 y РВ4. El funcionamiento del transmisor IR es controlado por el dígito menos significativo del puerto D - PD0, los dos dígitos menos significativos del puerto B (PB0 y PB1) están configurados y se utilizan respectivamente como entradas directas e inversas del comparador analógico. Como se puede ver en el diagrama, para encender, por ejemplo, el motor eléctrico M1, es necesario abrir una de las teclas S1, S2 y cerrar la otra. Si abre o cierra ambas teclas, los voltajes en sus salidas serán los mismos, por lo que el voltaje en el motor eléctrico será 0. Si abre la tecla S1 y cierra S2, la salida izquierda (según el diagrama) del El motor se conectará al positivo de la batería, y el derecho, con su menos, y comenzará a girar en una dirección. Si por el contrario abre S2 y cierra S1, la polaridad de conexión del motor se invertirá y comenzará a girar en sentido contrario. La inclusión del software se realiza escribiendo en el puerto B las constantes indicadas en la Tabla. 1.
El control por software del transmisor de radiación IR se realiza escribiendo un número determinado en el puerto D del MK. Si el bit menos significativo de este número es 0, el LED VD2 está apagado, y si es 1, está encendido. El cambio secuencial de los valores de este bit conduce a la aparición de un nivel de iluminación pulsante por delante del modelo en la parte IR del espectro. El nivel de radiación reflejada es registrado por un fotosensor y, a medida que aumenta, se supone que hay un obstáculo más adelante. La peculiaridad del programa es que el algoritmo de control se encuentra en el controlador del temporizador MK. Esto se debe al hecho de que es necesario conmutar el LED emisor con una determinada frecuencia constante y, para simplificar el programa, se coloca allí el algoritmo de control. Después de que se da la señal de reinicio en el momento en que se enciende la alimentación, el MK comienza a ejecutar el programa desde la marca de Inicio. En esta parte del programa, se lleva a cabo la inicialización inicial de la pila, registros, puertos de entrada/salida B y D, un comparador analógico, un temporizador de ocho bits, la tasa de repetición de pulsos para el temporizador se establece en CK/8 (SC es una frecuencia de reloj de 5 MHz) y el temporizador del controlador de interrupciones se desborda. Dado que el temporizador se desborda cada vez que llegan 256 (28) pulsos, se llama al controlador de interrupciones 2441 veces por segundo. De este modo, el LED emisor conmuta a una frecuencia de aproximadamente 1221 Hz. El análisis de la señal reflejada recibida se realiza cada 20 ciclos del temporizador, es decir, con una frecuencia de 122 Hz. El algoritmo de control funciona de la siguiente manera. El registro r24 se utiliza como contador con un rango de valores de 0 a 240. En cada verificación, si hay un obstáculo y el valor del contador es inferior a 240, se incrementa en 1, y si no hay ningún obstáculo, se reduce en la misma cantidad hasta llegar a 0. Además, en los valores del contador de 0 a 16 se ordena avanzar, de 17 a 31, para detenerse, y de 32 a 240, para dar la vuelta. Un algoritmo de este tipo evita falsos positivos y aumenta la probabilidad de sortear completamente un obstáculo (el modelo gira durante algún tiempo incluso después de desaparecer). El registro r27 contiene un contador de vueltas, según el cual cada segundo giro se realiza en la dirección opuesta a la anterior, y el registro r18 contiene un contador para el algoritmo de control del motor eléctrico. Toma secuencialmente valores del 0 al 3 con cada llamada de interrupción. En O se apaga el motor derecho y en 2 se apaga el izquierdo. De este modo, se reduce la corriente consumida por la batería, aumentando así la duración de la batería del modelo de una carga a la siguiente. Los códigos de programa en forma de archivo hexadecimal se dan en la Tabla. 2. Texto completo del programa en lenguaje ensamblador
Configurar el dispositivo es fácil. Primero, apague el microcontrolador desconectando las partes del conector X1, instale la batería en su lugar y, cerrando los contactos del interruptor Q1, mida el voltaje en la salida del estabilizador DA1. Luego, conectando el osciloscopio al drenaje del transistor VT3 e iluminando el fotodiodo con alguna fuente de radiación IR (por ejemplo, un control remoto de TV o VCR), se aseguran de que el fotodetector esté funcionando. El resto de unidades, cuando se utilizan piezas reparables y no hay errores de instalación, no es necesario ajustarlas. Finalmente se conecta el MK (con el suministro eléctrico apagado) y se comprueba el funcionamiento del dispositivo en su conjunto. La sensibilidad del fotodetector, si es necesario, ajuste la resistencia de sintonización R12. Autor: P. Chechet, Vasilevichi, región de Gomel, Bielorrusia
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