DIY периметрийн утас үүсгэгч ба мэдрэгч: 8 алхам

2024 Зохиолч: John Day | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2024-01-30 11:02

Утас удирдан чиглүүлэх технологийг үйлдвэрлэлд, ялангуяа боловсруулах автоматжуулсан агуулахад өргөн ашигладаг. Роботууд газарт булагдсан утсан гогцоог дагадаг. 5Кц -40КГц -ийн хооронд харьцангуй бага эрчимтэй, давтамжтай ээлжит гүйдэл энэ утсаар урсдаг. Робот нь ихэвчлэн танкийн хэлхээнд суурилсан индуктив мэдрэгчээр тоноглогдсон байдаг (резонансын давтамж нь үүссэн долгионы давтамжтай тэнцүү эсвэл ойролцоо байдаг) бөгөөд энэ нь газарт ойрхон байгаа цахилгаан соронзон орны эрчмийг хэмждэг. Боловсруулалтын гинж (олшруулалт, шүүлтүүр, харьцуулалт) нь роботын утсан дахь байрлалыг тодорхойлох боломжийг олгодог. Эдгээр өдрүүдэд гэрийн тэжээвэр амьтдыг хашаанд байлгах "үл үзэгдэгч хашаа", бүс дотор робот зүлэгжүүлэгчийг бий болгохын тулд периметр/хилийн утсыг ашигладаг. LEGO нь мөн адил зарчмаар зорчигчдыг ямар ч шугам харахгүйгээр зам дагуу чиглүүлэхэд ашигладаг.

Энэхүү гарын авлагад периметрийн утсыг өөрийн генератор, мэдрэгч хийх онол, дизайн, хэрэгжилтийг ойлгоход туслах хялбар бөгөөд ойлгомжтой байдлаар тайлбарласан болно. Файлуудыг (схем, бүргэд файл, Gerbers, 3D файлууд болон Arduino дээж код) татаж авах боломжтой. Ингэснээр та утасны периметрийг илрүүлэх функцийг дуртай робот дээрээ нэмж, ажиллах "бүс" дотор байлгаж чадна.

Алхам 1: ГЕНЕРАТОР

Онол

Периметрийн цахилгаан үүсгүүрийн хэлхээг алдарт NE555 таймер дээр үндэслэнэ. NE555 ба түүнээс дээш нэрлэгддэг 555 нь таймер эсвэл мультивибратор горимд ашигладаг нэгдсэн хэлхээ юм. Энэхүү бүрэлдэхүүн хэсэг нь ашиглахад хялбар, хямд, тогтвортой байдлаас шалтгаалан өнөөг хүртэл ашиглагдаж байна. Жилд нэг тэрбум ширхэг бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэдэг. Манай генераторын хувьд бид NE555 -ийг Astable тохиргоонд ашиглах болно. Тогтвортой тохиргоо нь NE555 -ийг осциллятор болгон ашиглах боломжийг олгодог. Хоёр резистор ба конденсатор нь хэлбэлзлийн давтамж болон ажлын мөчлөгийг өөрчлөх боломжтой болгодог. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн зохион байгуулалтыг доорх схемд үзүүлэв. NE555 нь периметрийн утсыг уртасгах чадвартай (барзгар) дөрвөлжин долгион үүсгэдэг. Таймерын NE555 мэдээллийн хуудсыг дурдахад дээжийн хэлхээ, түүнчлэн үйл ажиллагааны онол (8.3.2 А-тогтвортой ажиллагаа) байдаг. Texas Instruments нь NE555 IC -ийг үйлдвэрлэдэг цорын ганц үйлдвэрлэгч биш тул та өөр чип сонгохдоо түүний гарын авлагыг сайтар шалгаж үзээрэй. Энэхүү 555 таймерын гагнуурын иж бүрдлийг танд санал болгож байгаа бөгөөд энэ нь 555 таймерын бүх дотоод эд ангиудыг цооногоор гагнах боломжийг танд олгож, энэ хэлхээний ажиллагааг нарийвчлан ойлгох боломжийг танд олгоно.

Схем ба прототип хийх

NE555 гарын авлагад заасан схем (8.3.2 А-тогтвортой ажиллагааны хэсэг) нэлээд бүрэн хийгдсэн. Хэд хэдэн нэмэлт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмж, доор хэлэлцсэн болно. (анхны зураг)

Гаралтын квадрат долгионы давтамжийг тооцоолох томъёо нь

f = 1.44 / ((Ra+2*Rb)*C)

Үүсгэсэн дөрвөлжин долгионы давтамжийн хүрээ нь 32 кГц -ээс 44 кГц -ийн хооронд байх бөгөөд энэ нь бусад ойр төхөөрөмжид саад учруулахгүй байх тодорхой давтамж юм. Үүний тулд бид Ra = 3.3KOhms, Rb = 12KOhms + 4.7KOhms потенциометр ба C = 1.2nF -ийг сонгосон. Потенциометр нь дөрвөлжин долгионы гаралтын давтамжийг дараа нь хэлэлцэх LC танкийн хэлхээний резонансын давтамжтай нийцүүлэхэд тусална. Гаралтын давтамжийн онолын хамгийн бага ба хамгийн өндөр утгыг дараах томъёогоор тооцоолно (1): Хамгийн бага давтамжийн утга: fL = 1.44 / ((3.3+2*(12+4.7))*1.2*10^(-9)) 6932 698Hz

Хамгийн их давтамжийн утга: fH = 1.44 / ((3.3+2*(12+0))*1.2*10^(-9)) ≈ 43 956Hz

4.7KOhms потенциометр нь хэзээ ч 0 эсвэл 4.7 хүрдэггүй тул гаралтын давтамжийн хүрээ ойролцоогоор 33.5Khz -аас 39Khz хооронд хэлбэлздэг. Генераторын хэлхээний бүрэн схемийг энд харуулав. (хоёр дахь зураг)

Схемд харж байгаа шиг цөөн хэдэн нэмэлт бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг нэмж оруулсан бөгөөд үүнийг доор хэлэлцэх болно. Энд бүрэн Монголбанк байна:

• R1: 3.3 KOhms
• R2: 12 KOhms
• R3 (Одоогийн хязгаарлах эсэргүүцэл): 47 Ом (2 Вт -ийн чадалтай дулааныг ялгаруулахын тулд хангалттай том хэмжээтэй байх шаардлагатай)
• R4: 4.7 KOhm потенциометр
• C2, C4: 100nF
• C3: 1.2nF (1000pF нь мөн энэ ажлыг хийх болно)
• C5: 1uF
• J1: 2.5мм төв эерэг баррель холбогч (5-15V DC)
• J2: Шураг терминал (хоёр байрлал)
• IC1: NE555 нарийвчлалтай таймер

Схемд нэмж оруулсан нэмэлт хэсгүүдэд хананы адаптер (12V) -тай хялбар холбох зориулалттай баррель үүр (J1), периметрийн утсанд тохиромжтой холбох шураг терминал (12) орно. Периметрийн утас: Периметрийн утас урт байх тусам дохио улам доройтож байгааг анхаарна уу. Бид уг тохиргоог ойролцоогоор 100 'хэмжигдэхүүн бүхий 22 утастай утсаар туршиж үзсэн (булшлахын оронд газарт бэхэлсэн). Цахилгаан хангамж: 12V хананы адаптер нь маш түгээмэл бөгөөд 500 мА -аас дээш гүйдэлтэй бол сайн ажиллах ёстой. Та мөн хайрцагт хадгалахын тулд 12В тугалганы хүчил эсвэл 11.1V LiPo -г сонгож болно, гэхдээ ашиглахгүй байхдаа цаг агаараас хамгаалж унтрааж байгаарай. Генераторын хэлхээг бий болгоход танд хэрэгтэй байж болох зарим хэсгийг энд санал болгож байна.

• 2.1 мм -ийн баррель терминал руу эсвэл 2.1 мм -ийн баррель Жак адаптер - Breadboard -тэй нийцдэг
• 400 Tie Point Interlocking ил тод гагнуургүй талхны самбар
• 65 x 22 хэмжигч төрөл бүрийн холбогч утас
• DFRobot резистор хэрэгсэл
• SparkFun конденсаторын иж бүрдэл
• 12VDC 3A ханын адаптерийн цахилгаан хангамж

Талхны самбар дээр генераторын хэлхээ ямар байх ёстойг энд харуулав (гурав дахь зураг)

Алхам 2: Үр дүн

Генераторын хэлхээний гаралтын доорх осциллографын дэлгэцийн агшинд харуулсны дагуу (Mitsig 200 MHz 1 GS/s 4 сувгийн таблет осциллографын тусламжтайгаар авсан) 36.41KHz давтамжтай, далайцтай дөрвөлжин долгионыг харж болно. 11.8V (12V хүчдэлийн адаптер ашиглан). R4 потенциометрийг тохируулснаар давтамжийг бага зэрэг өөрчилж болно.

Гагнуургүй талхны хавтан нь урт хугацааны шийдэл биш бөгөөд хурдан загвар гаргахад хамгийн тохиромжтой байдаг. Тиймээс генераторын хэлхээ нь 33.5 кГц ба 40 кГц давтамжийн хүрээтэй дөрвөлжин долгион үүсгэж (R4 тогоонд хувьсах чадвартай) квадрат долгион үүсгэж байгааг баталгаажуулсны дараа бид ПХБ (24 мм x 34 мм) -ийг зөвхөн PTH (бүрсэн цооногоор) хийжээ.) Үүнийг жижиг дөрвөлжин долгионы генераторын хавтан болгохын тулд бүрэлдэхүүн хэсгүүд. Нүхний эд ангиудыг талхны хавтангаар загварчлахад ашигладаг байсан тул ПХБ нь нүхний эд ангиудыг (гадаргуу дээр бэхлэхийн оронд) ашиглаж болох бөгөөд гараар хялбар гагнах боломжийг олгодог. Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг байрлуулах нь нарийн биш бөгөөд та сайжруулах орон зайг олж магадгүй юм. Бид Eagle болон Gerber файлуудыг татаж авах боломжтой болгосон бөгөөд ингэснээр та өөрөө ПХБ хийх боломжтой болно. Файлуудыг энэ нийтлэлийн төгсгөлд байгаа "Файлууд" хэсгээс олж болно. Өөрийнхөө самбарыг зохион бүтээхдээ дараах зөвлөгөөг өгөх хэрэгтэй: Торхны холбогч ба шураг терминалыг самбарын нэг талд байрлуул Бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бие биетэйгээ харьцангуй ойр байрлуулж, ул мөр/уртыг багасгахын тулд бэхэлгээний нүхийг стандарт диаметртэй, хялбар байрлуулах боломжтой болгоорой. тэгш өнцөгтийг хуулбарлах.

Алхам 3: Утас суурилуулах

Тэгэхээр утсыг хэрхэн яаж суулгах вэ? Үүнийг булшлахын оронд бэхлэхийн тулд шонг ашиглах нь хамгийн хялбар байдаг. Утсыг хэвээр нь байлгахын тулд та хүссэн зүйлээ чөлөөтэй ашиглах боломжтой боловч хуванцар хамгийн сайн ажилладаг. Робот зүлэгжүүлэгч машинд ашигладаг 50 шонгын баглаа боодол нь хямд байх хандлагатай байдаг. Утас тавихдаа шураг терминалаар генераторын самбартай холбогдохын тулд хоёр үзүүрийг нэг газар байлгаж байгаарай.

Алхам 4: Цаг агаарын эсэргүүцэл

Системийг гадаа ашиглах магадлалтай тул гадаа ашиглах боломжтой болно. Периметрийн утас нь цаг агаарт тэсвэртэй бүрэх шаардлагатай бөгөөд генераторын хэлхээ нь өөрөө ус үл нэвтрэх хайрцагт байрладаг. Генераторыг борооноос хамгаалахын тулд та энэхүү сэрүүн бүрхүүлийг ашиглаж болно. Бүх утас тэнцүү байдаггүй. Хэрэв та утсыг орхихоор төлөвлөж байгаа бол зөв утсанд хөрөнгө оруулахаа мартуузай, жишээлбэл, хэт ягаан туяа / ус нэвтэрдэггүй Robomow 300 'периметрийн утас хамгаалалт нь цаг хугацааны явцад хурдан муудаж, хэврэг болно.

Алхам 5: Мэдрэгч

Онол

Одоо бид генераторын хэлхээг барьж, төлөвлөсний дагуу ажиллаж байгаа эсэхийг шалгаад утсаар дамжиж буй дохиог хэрхэн яаж илрүүлэх талаар бодох цаг болжээ. Үүний тулд танкийн хэлхээ эсвэл тааруулсан хэлхээ гэж нэрлэгддэг LC хэлхээний талаар уншихыг урьж байна. LC хэлхээ нь индуктор/ороомог (L) ба зэрэгцээ холбогдсон конденсатор (C) дээр суурилсан цахилгаан хэлхээ юм. Энэ хэлхээг шүүлтүүр, тааруулагч, давтамж холигч төхөөрөмжид ашигладаг. Тиймээс утасгүй өргөн нэвтрүүлэгт өргөн нэвтрүүлгийн болон хүлээн авалтын аль алинд нь түгээмэл хэрэглэгддэг. Бид LC хэлхээний талаархи онолын талаар дэлгэрэнгүй ярихгүй, гэхдээ энэ нийтлэлд ашигласан мэдрэгчийн хэлхээг ойлгохын тулд санаж байх ёстой хамгийн чухал зүйл бол LC хэлхээний резонансын давтамжийг тооцоолох томъёо байх болно.

f0 = 1/(2*π*√ (L*C))

Энд L нь H (Henry) дахь ороомгийн индукцийн утга, C нь F (Farads) дахь конденсаторын багтаамжийн утга юм. Мэдрэгч нь утас руу орж буй 34 кГц-40 кГц дохиог илрүүлэхийн тулд бидний ашигладаг танкийн хэлхээ энэ хүрээн дэх резонансын давтамжтай байх ёстой. (2) томъёог ашиглан тооцоолсон 33 932 Гц давтамжтай резонансын давтамжийг олж авахын тулд бид L = 1mH ба C = 22nF -ийг сонгосон. Манай танкийн хэлхээгээр илрүүлсэн дохионы далайц нь индуктор утаснаас 10см орчим зайд байх үед харьцангуй бага байх болно (мэдрэгчийн хэлхээгээ туршихад хамгийн ихдээ 80мВ), тиймээс бага зэрэг өсгөх шаардлагатай болно. Үүнийг хийхийн тулд бид алдартай LM324 Op-Amp өсгөгчийг ашиглан дохиог 100-ийн өгөөжийг эргүүлэхгүй тохиргоогоор 2 үе шаттай олшруулж, 10см-ээс хол зайд сайн унших боломжтой аналог дохиог авах ёстой. мэдрэгчийн гаралт. Энэ нийтлэлд ерөнхийдөө Op-Amps-ийн талаар хэрэгтэй мэдээлэл өгөх болно. Түүнчлэн, та LM324 мэдээллийн хуудсыг үзэх боломжтой. LM324 өсгөгчийн ердийн хэлхээний схемийг энд оруулав.

Эргэдэггүй ашиг олох тохиргооны тэгшитгэлийг ашиглан Av = 1+R2/R1. R1 -ийг 10KOhms, R2 -ийг 1MOhms болгож тохируулах нь хүссэн үзүүлэлтэд нийцсэн 100 -ийн ашиг авчрах болно. Робот нь периметрийн утсыг өөр өөр чиглэлд илрүүлэх чадвартай байхын тулд нэгээс олон мэдрэгч суурилуулсан байх нь илүү оновчтой юм. Робот дээр илүү олон мэдрэгч байх тусам хилийн утсыг илүү сайн илрүүлэх болно. Энэхүү гарын авлагад зориулж, мөн LM324 нь дөрвөн талт өсгөгч (энэ нь нэг LM324 чип нь 4 тусдаа өсгөгчтэй гэсэн үг юм) тул бид самбар дээр хоёр илрүүлэгч мэдрэгчийг ашиглах болно. Энэ нь хоёр LC хэлхээг ашиглах гэсэн үг бөгөөд тус бүр нь 2 үе шаттай олшруулалт хийх болно. Тиймээс нэг л LM324 чип хэрэгтэй.

Алхам 6: Схем ба прототип хийх

Дээр дурдсанчлан мэдрэгчийн самбарын схем нь маш энгийн юм. Энэ нь өсгөгчийн ашиг орлогыг тохируулахын тулд 2 LC хэлхээ, нэг LM324 чип, 10KOhms ба 1MOhms резистороос бүрдэнэ.

Таны ашиглаж болох бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн жагсаалт энд байна.

• R1, R3, R5, R7: 10KOhm эсэргүүцэл
• R2, R4, R6, R8: 1MOhm эсэргүүцэл
• C1, C2: 22nF конденсаторууд
• IC: LM324N өсгөгч
• JP3 / JP4: 2.54 мм хэмжээтэй 3 зүүтэй M / M толгой
• Индукторууд 1, 2: 1mH*

* 1mH одоогийн үнэлгээ 420mA ба Q коэффициент 40 252 кГц бүхий индукторууд сайн ажиллах ёстой. Бид ороомогыг (утсанд гагнасан гагнуураар) робот дээр тохиромжтой байрлалд байрлуулахын тулд ороомгийн схемийг схем рүү хөтөлдөг тул бид шураг терминалуудыг нэмж оруулав. Дараа нь утаснууд (ороомгийн утаснууд) нь шураг терминалуудтай холбогдоно. Out1 ба Out2 тээглүүрүүдийг микроконтроллерийн аналог оролтын тээглүүрт шууд холбож болно. Жишээлбэл, та Arduino UNO Board эсвэл илүү сайн бол BotBoarduino хянагчийг ашиглаж илүү тохиромжтой холболт хийх боломжтой, учир нь аналог зүү нь 3 зүү (Signal, VCC, GND) дараалан тасарсан бөгөөд Arduino-тэй нийцдэг. LM324 чип нь микроконтроллерийн 5V -ээр тэжээгддэг тул индуктор ба периметрийн утас хоорондын зайнаас хамааран мэдрэгчийн самбараас авсан аналог дохио (илрүүлсэн долгион) 0V -аас 5V хооронд хэлбэлздэг. Индуктор нь периметрийн утастай ойр байх тусам мэдрэгчийн хэлхээний гаралтын долгионы далайц өндөр болно. Талхны самбар дээр мэдрэгчийн хэлхээ ямар байх ёстойг энд харуулав.

Алхам 7: Үр дүн

Доорх осциллографын дэлгэцийн агшинд харж байгаагаар LC хэлхээний гаралтын үед илрүүлсэн долгион нь индуктор нь периметрийн утаснаас 15 см зайд орших үед 5V -ээр ханасан байна.

Генераторын хэлхээний нэгэн адил бид хоёр танкийн хэлхээ, өсгөгч, 2 аналог гаралттай мэдрэгч самбарын нүхний хэсгүүд бүхий сайхан авсаархан ПХБ-ийг зохион бүтээсэн. Файлуудыг энэ нийтлэлийн төгсгөлд байгаа "Файлууд" хэсгээс олж болно.

Алхам 8: Arduino код

Утас үүсгэгч болон мэдрэгчийн хувьд ашиглаж болох Arduino код нь маш энгийн. Мэдрэгчийн самбарын гаралт нь 0V -аас 5V -ийн хооронд хэлбэлздэг хоёр аналог дохио (мэдрэгч/индуктор тус бүрт нэг) байдаг тул AnalogRead Arduino жишээг ашиглаж болно. Мэдрэгч самбарын хоёр гаралтын зүүг хоёр аналог оролттой холбож, Arduino AnalogRead -ийн жишээг өөрчилж зохих зүүг уншина уу. Arduino цуваа дэлгэцийг ашиглан индукторыг периметрийн утас руу ойртох үед ашиглаж буй аналог зүүний RAW утга 0 -ээс 1024 хүртэл байх ёстой.

Код нь analogPin дээрх хүчдэлийг уншиж харуулдаг.

int analogPin = A3; // потенциометрийн арчигч (дунд терминал) аналог 3 -р зүүтэй холбогдсон // гадна нь газардуулга ба +5В -т хүргэдэг

int val = 0; // уншсан утгыг хадгалах хувьсагч

хүчингүй тохиргоо () {

Цуваа эхлэх (9600); // цувралыг тохируулах

}

void loop () {

val = analogRead (analogPin); // оролтын зүүг уншина уу Serial.println (val); // дибаг хийх утга