Gesztusvezérelt rover gyorsulásmérő és RF adó-vevő páros használatával: 4 lépés

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:43

Halihó, Valaha vágyott egy rover építésére, amelyet egyszerű kézmozdulatokkal irányíthat, de soha nem tudta összeszedni a bátorságot, hogy belevágjon a képfeldolgozás bonyolultságába és a webkamera csatlakoztatásába a mikrokontrollerével, nem beszélve a felfelé irányuló küzdelemről a gyenge hatótáv és a vonal leküzdése érdekében. látási problémák? Ne félj, mert van egy egyszerű kiút! Íme, amint bemutatom nektek a hatalmas AKCELEROMÉTERET! *ba dum tsss*

A gyorsulásmérő egy igazán klassz eszköz, amely lineáris tengely mentén méri a gravitációs gyorsulást. Ezt a föld és a tápfeszültség között ingadozó feszültségszintként ábrázolja, amelyet mikrokontrollerünk analóg értékként olvas be. Ha kicsit alkalmazjuk az agyunkat (csak egy kis matematika és némi newtoni fizika), akkor nemcsak a tengely mentén történő lineáris mozgás mérésére használhatjuk, hanem a dőlésszög és a rezgések érzékelésére is. Ne izgulj! Nem lesz szükségünk a matematikára vagy a fizikára; csak olyan nyers értékekkel fogunk foglalkozni, amelyeket a gyorsulásmérő kiköp. Valójában nem kell sokat aggódnia a projekt gyorsulásmérőjének műszaki jellemzői miatt. Csak néhány konkrétumra fogok kitérni, és csak annyit részletezek, amennyire az összkép megértéséhez szükség van. Bár, ha érdekli a belső mechanika tanulmányozása, nézzen meg itt.

Egyelőre csak ezt kell szem előtt tartania: a gyorsulásmérő az a gizmo (gyakran giroszkóppal párosítva), amely megnyitja az ajtót mindazoknak a mozgásérzékelő játékoknak, amelyeket okostelefonunkon játszunk; például egy autóverseny játék, ahol egyszerűen irányítjuk a járművet úgy, hogy eszközeinket bármely irányba döntjük. És ezt a hatást utánozhatjuk, ha egy gyorsulásmérőt (természetesen néhány segédeszközzel) egy kesztyűre ragasztunk. Csak felhúzzuk a mágikus kesztyűt, és balra vagy jobbra, előre vagy hátra döntjük a kezünket, és látjuk, hogy roverjeink a dallamunkra táncolnak. Mindössze annyit kell tennünk, hogy le kell fordítanunk a gyorsulásmérő leolvasásait digitális jelekké, amelyeket a rover motorjai képesek értelmezni, és kifejleszteni egy mechanizmust, amely továbbítja ezeket a jeleket a rovernek. Ennek eléréséhez hívjuk fel a jó kísérő Arduino-t és segítőit a mai kísérlethez, egy 434 MHz-en működő rádiófrekvenciás adó-vevő párost, ezáltal körülbelül 100-150 m hatótávolságot ér el a nyílt térben, ami szintén megóv bennünket a soroktól. látási problémák.

Elég ügyes hack, mi? Merüljünk bele…

1. lépés: Gyűjtse össze kellékeit

• Arduino Nano	x1
• Gyorsulásmérő (ADXL335)	x1
• 5V DC motor + kerekek	x2 egyenként
• Szarvasmarha kerék*	x1
• L293D motorvezérlő + 16 tűs IC aljzat	x1 egyenként
• 434 MHz -es RF adó	x1
• 434 MHz -es RF vevő	x1
• HT-12E kódoló IC + 18 tűs IC aljzat	x1 egyenként
• HT-12D dekóder IC + 18 tűs IC aljzat	x1 egyenként
• LM7805 feszültségszabályozó	x1
• Nyomógombos kapcsoló	x2
• Piros LED + 330O ellenállás	x2 egyenként
• Sárga LED + 330O ellenállás	x1 egyenként
• Zöld LED + 330O ellenállás (opcionális)	x4 egyenként
• 51kO és 1MO ellenállások	x1 egyenként
• 10µF radiális kondenzátorok	x2
Elemek, akkumulátorcsatlakozók, USB-kábel, áthidaló vezetékek, női fejrészek, 2-tűs csavaros csatlakozók, NYÁK, futómű és a szokásos forrasztási tartozékok

Ha kíváncsi arra, hogy miért használunk szarvasmarha kereket, az a helyzet, hogy az RF adó- és vevőmodulok mindössze 4 adatcsappal rendelkeznek, ami azt jelenti, hogy csak 2 motort hajthatunk, és ezért szarvasmarha -kereket használhatunk támogatja a szerkezetet. Ha azonban úgy érzi, hogy a roverje némileg menőbbnek tűnik négy kerékkel, ne aggódjon, van megoldás! Ebben az esetben csak karcolja le a szarvasmarha kereket a listáról, és adjon hozzá még egy pár 5 V -os egyenáramú motort, egy -egy kerék kíséretében, és figyeljen a 3. lépés vége felé tárgyalt egyszerű hackelésre.

Végül a bátor szívűek számára van lehetőség a tervezés egy másik apró módosítására, amely magában foglalja a saját Arduino tervezését. A következő lépésben menjen a bónusz részhez, és győződjön meg róla. Szükséged lesz néhány extra kellékre is: egy ATmega328P, egy 28 tűs IC aljzat, egy 16 MHz -es kristályoszcillátor, két 22 pF kerámia sapka, egy másik 7805 feszültségszabályozó, két további 10μF radiális sapka és 10 kΩ, 680Ω, 330Ω ellenállás, és igen, mínusz az Arduino!

2. lépés: Csatlakoztassa az adót

A projektet két összetevőre bontjuk: az adó és a vevő áramkörökre. A távadó egy gyorsulásmérőből, egy Arduino-ból és egy RF-adómodulból és egy HT-12E kódoló IC-ből áll, amelyek mind a mellékelt rajz szerint be vannak kötve.

A gyorsulásmérő, amint azt korábban bemutattuk, kézmozdulataink felismerését szolgálja. Három tengelyes gyorsulásmérőt fogunk használni (alapvetően három egytengelyes gyorsulásmérőt egyben), hogy kielégítsük igényeinket. Használható a gyorsulás mérésére mindhárom dimenzióban, és ahogy sejteni lehetett, nem egy, hanem három analóg érték halmazát adja a három tengelyéhez (x, y és z) képest. Valójában csak az x és y tengely mentén van szükségünk a gyorsulásra, mivel csak négy irányba hajthatjuk a rovert: hátra vagy hátra (azaz az y tengely mentén) és balra vagy jobbra (azaz az x tengely mentén). Szükségünk lett volna a z tengelyre, ha drónt építünk, hogy gesztusokkal is irányíthassuk annak emelkedését vagy ereszkedését. Mindenesetre ezeket az analóg értékeket, amelyeket a gyorsulásmérő ad, digitális jellé kell alakítani, hogy a motorokat meg lehessen hajtani. Erről az Arduino gondoskodik, amely ezeket a jeleket is átalakítás után továbbítja a rovernek az RF adómodulon keresztül.

Az RF adónak egyetlen feladata van: a 3. tűn elérhető „soros” adatok továbbítása az antennából az 1. tűn. Ez támogatja a HT-12E, egy 12 bites párhuzamos soros adatkódoló használatát, amely akár 4 bit párhuzamos adatot az Arduino -tól az AD8 és AD11 vonalak között, ezáltal lehetővé téve számunkra, hogy helyet tegyünk akár 24 = 16 különböző I/O kombinációnak, szemben az RF adón lévő egyetlen adatcsappal. A fennmaradó 8 bit, amelyek a kódoló A0 – A7 vonalaiból származnak, a címbájtot alkotják, ami megkönnyíti az RF adó és a megfelelő RF vevő párosítását. A 12 bitet ezután összeszerelik és sorosítják, majd továbbítják az RF adó adattüskéjéhez, amely viszont ASK-modulálja az adatokat egy 434 MHz-es vivőhullámra, és az 1-es tűn lévő antennán keresztül kilövi.

Elméletileg minden 434 MHz -en hallgató RF vevőnek képesnek kell lennie ezen adatok elfogására, demodulálására és dekódolására. A HT-12E és a HT-12D megfelelő (12 bites soros-párhuzamos adatdekódoló) címsorai azonban lehetővé teszik számunkra, hogy egyedivé tegyük az RF adó-vevő párost azáltal, hogy az adatokat csak a a vevőkészülék, ezáltal korlátozva a kommunikációt a többiekkel. Csak annyit kell tennünk, hogy a címsorokat mindkét fronton azonos módon kell konfigurálnunk. Például, mivel a HT-12E összes címsorát földeltük, ugyanezt kell tennünk a HT-12D esetében is a fogadó végén, különben a rover nem tudja fogadni a jeleket. Ily módon több rover-t is vezérelhetünk egyetlen adóáramkörrel úgy, hogy a vevők mindegyikén azonos módon konfiguráljuk a címvonalakat a HT-12D-n. Vagy felvehetünk két kesztyűt, mindegyikhez egy külön címvonal -konfigurációt tartalmazó adóáramkört ragasztva (mondjuk az egyiket minden címvonallal földelve, a másikat magasan tartva, vagy az egyiket földelve, míg a fennmaradó hetet fogva tartjuk magas, a másik két vonallal földelve, míg a fennmaradó hatat magasan tartják, vagy ezek bármely más kombinációja), és mindegyik több azonos konfigurációjú rovert kormányoz. Játssz a maestro egy android szimfónia!

Az áramkör összeszerelésekor fontos megjegyezni a Rosc értékét. A HT-12E belső oszcillátor áramkörrel rendelkezik a 15 és 16 érintkezők között, amelyet a Rosc nevű ellenállás csatlakoztatása tesz lehetővé. A Rosc számára kiválasztott érték valójában meghatározza az oszcillátor frekvenciáját, amely a tápfeszültségtől függően változhat. A megfelelő érték kiválasztása a Rosc számára elengedhetetlen a HT-12E működéséhez! Ideális esetben a HT-12E oszcillátor frekvenciájának 1/50-szer nagyobbnak kell lennie, mint a HT-12D-nek. Ezért, mivel 5 V-ról dolgozunk, az 1MΩ és 51 kΩ ellenállásokat választottuk Rosc-ként a HT-12E és HT-12D áramkörökhöz. Ha az áramköröket más tápfeszültséggel kívánja üzemeltetni, olvassa el a mellékelt HT-12E adatlap 11. oldalán található „Oszcillátor frekvencia és tápfeszültség” grafikont a pontos oszcillátor frekvencia és ellenállás meghatározásához.

Ezenkívül mellékes megjegyzés: itt női fejléceket fogunk alkalmazni (hasonló célokat szolgálnak, mint az IC -aljzatok), hogy a gyorsulásmérőt, az RF -jeladót és az Arduino -t az áramkörbe dugják, ahelyett, hogy közvetlenül forrasztanák őket a NYÁK -ra. A szándék egy kis alkatrész újrahasznosítása. Mondjuk, már egy ideje, hogy megtervezte gesztusvezérelt roverjét, és csak ült ott, félig porral borítva, a trófea polca tetején, és egy újabb nagyszerű tanulsággal találkozik, amely kihasználja a gyorsulásmérő hatékonyságát. Szóval, mivel foglalkozol? Egyszerűen kihúzod a roverből, és betolod az új áramkörbe. Nem kell megidéznie az „amazonokat”, hogy újat szerezzen:-p

Bónusz: Szüntesd meg az Arduino -t, de mégsem

Ha kissé kalandosabbnak érzi magát, és különösen, ha úgy gondolja, hogy ezt a gyönyörűen megtervezett csodát (természetesen az Arduino -t) egy ilyen triviális feladatra fordítani, mint a miénk, kissé túlzás, viseljen még egy kicsit; és ha nem, nyugodtan ugorjon a következő lépésre.

Célunk itt az, hogy az Arduino (sőt, az Arduino agya; igen, az ATmega IC -ről beszélek!) Legyen a csapat állandó tagja. Az ATmega programozva lenne, hogy újra és újra csak egyetlen vázlatot futtasson le, így az áramkör örök részeként szolgálhat, csakúgy, mint a HT-12E-a puszta IC, csak ül ott, és azt teszi, amit kell. Nem így kell lennie minden valódi beágyazott rendszernek?

Mindenesetre a frissítés folytatásához csak módosítsa az áramkört a mellékelt második sematika szerint. Itt egyszerűen lecseréljük az Arduino női fejléceit az ATmega IC aljzatára, hozzáadunk egy 10K felhúzó ellenállást az IC visszaállító csapjához (1. tüske), és felpumpáljuk egy külső órával a 9. és 10. csap között. Sajnos, ha megszüntetjük az Arduino-t, elengedjük a beépített feszültségszabályozókat is; ergo, itt is meg kell ismételnünk az LM7805 áramkört, amelyet a vevőhöz használtunk. Ezenkívül feszültségosztót is használunk a gyorsulásmérő tápellátásához szükséges 3,3 V levezetésére.

Most az egyetlen másik fogás itt az ATmega programozása, hogy végezze munkáját. Mégis várnia kell a 4. lépésig. Szóval maradjon velünk…

3. lépés: És a vevő

A vevőkészülék egy RF vevőmodulból és egy HT-12D dekóder IC-ből, valamint egy pár egyenáramú motorból áll, amelyeket egy L293D motorvezérlő segítségével működtetnek, mindezt a mellékelt rajznak megfelelően.

Az RF vevő egyetlen feladata a vivőhullám demodulálása (az antennáján keresztül az 1. tűn), és a lekért „soros” adatok megjelenítése a 7. tűn, ahonnan a HT-12D felveszi deszializálás céljából. Most, ha feltételezzük, hogy a HT-12D címsorai (A0-tól A7-ig) azonosak a HT-12E megfelelőjével, a 4 párhuzamos adatbit kinyerésre és továbbításra kerül az adatvonalakon (D8-D11) keresztül HT-12D, a motor meghajtójához, amely viszont ezeket a jeleket értelmezi a motorok meghajtásához.

Ismét figyeljen a Rosc értékére. A HT-12D-nek is van egy belső oszcillátor áramköre a 15 és 16 érintkezők között, amelyet a Rosc nevű ellenállás csatlakoztatása tesz lehetővé. A Rosc -hoz kiválasztott érték valójában meghatározza az oszcillátor frekvenciáját, amely a tápfeszültségtől függően változhat. A megfelelő érték kiválasztása a Rosc számára elengedhetetlen a HT-12D működéséhez! Ideális esetben a HT-12D oszcillátor frekvenciája 50-szerese legyen a HT-12E megfelelőjének. Ezért, mivel 5 V-ról üzemelünk, az 1MΩ és 51 kΩ ellenállásokat választottuk Rosc-ként a HT-12E és HT-12D áramkörökhöz. Ha az áramköröket más tápfeszültséggel kívánja üzemeltetni, olvassa el a mellékelt HT-12D adatlap 5. oldalán található „Oszcillátor frekvencia és tápfeszültség” grafikont a pontos oszcillátor frekvencia és ellenállás meghatározásához.

Ne feledkezzen meg az RF vevő női fejléceiről sem.

Opcionálisan egy LED is csatlakoztatható a 330Ω-os áramkorlátozó ellenálláson keresztül a HT-12D 4 adatcsapjához, hogy segítsen meghatározni az adott tűn kapott bitet. A LED akkor világít, ha a kapott bit HIGH (1), és elhalványul, ha a kapott bit LOW (0). Alternatív megoldásként egyetlen LED-t lehet kötni a HT-12D VT csapjához (ismét egy 330Ω áramkorlátozó ellenálláson keresztül), amely érvényes átvitel esetén kigyullad.

Ha most keresi a hack -et a motorokkal, amelyekről az első lépésben beszéltem, akkor baromi egyszerű! Csatlakoztassa párhuzamosan a két motort minden sorozatban, ahogy a második sematikus ábra mutatja. Ez az elvárt módon működik, mert az egyes sorozatok motorjai (az első és hátsó motorok a bal oldalon, valamint az első és a hátsó motorok a jobb oldalon) soha nem ellentétes irányban mozognak. Vagyis a rover jobbra fordításához a bal oldali első és hátsó motorokat előre kell hajtani, a jobb oldali első és hátsó motorokat pedig hátrafelé kell hajtani. Hasonlóképpen, ahhoz, hogy a rover balra forduljon, a bal oldali első és hátsó motorokat hátrafelé, a jobb oldali első és hátsó motorokat pedig előre kell hajtani. Ezért biztonságosan lehet ugyanazon feszültségpárral táplálni a készlet mindkét motorját. És ezt úgy lehet megoldani, hogy egyszerűen párhuzamosan csatlakoztatják a motorokat.

4. lépés: Tovább a kódhoz

Már csak egy dolgot kell tennie a rover üzembe helyezése érdekében. Igen, jól sejtetted! (Remélem, megtette) Még mindig le kell fordítanunk a gyorsulásmérő leolvasását olyan formára, amelyet a motorvezető értelmezhet, hogy képes legyen a motorok meghajtására. Ha arra gondol, hogy mivel a gyorsulásmérő leolvasása analóg, és a motorvezető digitális jeleket vár, valamilyen ADC -t kell végrehajtanunk, nos, nem technikailag, de ezt meg kell tennünk. És egészen egyszerű.

Tudjuk, hogy egy gyorsulásmérő lineáris tengely mentén méri a gravitációs gyorsulást, és ez a gyorsulás a föld és a tápfeszültség között ingadozó feszültségszintként jelenik meg, amelyet mikrokontrollerünk 0 és 1023 között változó analóg értékként olvas be. Ha a gyorsulásmérőt 3,3 V-on működtetjük, ajánlatos, hogy a 10 bites ADC analóg referenciáját (amely az Amegua-ban integrálva van az Arduino fedélzetén) 3,3 V-ra állítsuk be. Ez csak egyszerűbbé teszi a dolgok megértését; bár a kis kísérletünknek még akkor sem lesz jelentősége, ha nem tettük volna meg (csak kicsit módosítanunk kell a kódot). Ehhez azonban egyszerűen bekötjük az Arduino AREF -érintkezőjét (az ATmega 21. tűje) 3,3 V -ra, és ezt a kódváltozást az analogReference (EXTERNAL) meghívásával jelöljük.

Most, amikor a gyorsulásmérőt laposra helyezzük és analóg módon olvassuk a gyorsulást az x és y tengely mentén (emlékszel? Csak erre a két tengelyre van szükségünk), akkor körülbelül 511 értéket kapunk (azaz félúton 0 és 1023 között), ami csak egy azt mondhatjuk, hogy ezeken a tengelyeken 0 gyorsulás van. Ahelyett, hogy a tények részleteibe mélyednénk, képzeljük el ezt egy grafikon x és y tengelyeként, az 511 érték az eredetet és a 0 és 1023 végpontokat jelöli az ábrán látható módon; irányítsa a gyorsulásmérőt úgy, hogy a csapjai lefelé mutassanak, és közelebb legyenek Önhöz, különben megfordíthatja/felcserélheti a tengelyeket. Ez azt jelenti, hogy ha jobbra döntjük a gyorsulásmérőt, akkor 511-nél nagyobb értéket kell leolvasnunk az x tengely mentén, ha pedig a gyorsulásmérőt balra döntjük, akkor 511-nél kisebb értéket kell kapnunk az x tengely mentén.. Hasonlóképpen, ha előre billentjük a gyorsulásmérőt, akkor 511-nél nagyobb értéket kell leolvasnunk az y tengely mentén, ha pedig a gyorsulásmérőt hátra döntjük, akkor 511-nél alacsonyabb értéket kell leolvasnunk az y tengely mentén. És így következtethetünk kódszerűen abba az irányba, ahová a rovert be kell vezetni. Ez azonban azt is jelenti, hogy a gyorsulásmérőt valóban stabilan kell tartanunk, és egy sík felülettel párhuzamosan kell igazítanunk ahhoz, hogy mindkét tengely mentén 511 -et tudjunk leolvasni. hogy a rover mozdulatlanul parkolhasson. Ennek a feladatnak egy kis megkönnyítése érdekében bizonyos küszöbértékeket határozzunk meg, amelyek határt képeznek, ahogy az ábra is mutatja, úgy, hogy a rover álló helyzetben marad mindaddig, amíg az x és y értékek a határokon belül vannak, és biztosan tudjuk, hogy a rovert be kell állítani mozgás a küszöb túllépése után.

Például, ha az y tengely 543-at mutat, tudjuk, hogy a gyorsulásmérő előre van döntve, tehát előre kell irányítanunk a rovert. Ezt úgy hajtjuk végre, hogy a D2 és D4 csapokat MAGAS, a D3 és D5 csapokat LOW értékre állítjuk. Most, mivel ezek a csapok közvetlenül a HT-12E-hez vannak csatlakoztatva, a jeleket sorba rendezik és kigyújtják az RF-adót, hogy csak a rover-en ülő RF-vevő kapja el, amely a HT-12D segítségével deszerializálja a jeleket és továbbítja azokat az L293D -nek, amely viszont értelmezi ezeket a jeleket, és előrehajtja a motorokat

Érdemes azonban megváltoztatni ezeket a küszöbértékeket az érzékenység kalibrálása érdekében. Ennek egyszerű módja az, ha egyszerűen bekapcsolja a gyorsulásmérőt az Arduino -ba, és futtat egy vázlatot, amely kiköpi az x és y értékeket a soros monitoron. Most csak mozgassa egy kicsit a gyorsulásmérőt, nézze át a leolvasott értékeket, és döntse el a küszöbértékeket.

És ez az! Töltse fel a kódot az Arduino -ra, és élvezze !! Vagy talán nem is olyan hamar:-(Ha nem hagyja ki a bónusz részt, a kód feltöltése az ATmega-ra egy kicsit több munkát jelent. Két lehetősége van:

A lehetőség: Használjon USB -soros eszközt, például az FTDI FT232 alapkártyát. Egyszerűen futtassa a vezetékeket a TTL fejlécből az ATmega megfelelő csapjaihoz az alábbi térkép szerint:

Csapok a kitörési táblán	Csapok a mikrovezérlőn
DTR/GRN	RST/Reset (1. tű) 0,1 µF kupakon keresztül
Rx	Tx (3. tű)
Tx	Rx (2. tű)
Vcc	+5V kimenet
CTS	(felhasználatlan)
Gnd	Talaj

Most csatlakoztassa az USB -kábel egyik végét a megszakítópanelhez, a másikat pedig a számítógépéhez, és töltse fel a kódot a szokásos módon: indítsa el az Arduino IDE -t, válassza ki a megfelelő soros portot, állítsa be a tábla típusát, állítsa össze a vázlatot és nyomja meg a feltöltést.

B lehetőség: Használjon UNO -t, ha valahol fekszik. Csak csatlakoztassa az ATmega -t az UNO -hoz, töltse fel a kódot a szokásos módon, húzza ki az IC -t, és nyomja vissza az adó áramkörébe. Olyan egyszerű, mint a pite!

Bármelyik opciónak működnie kell, feltéve, hogy elég okos volt ahhoz, hogy a rendszerbetöltőt az ATmega -n lerakja, vagy ha még okosabb volt, ha megvásárolt egy ATmega -t a telepített rendszerbetöltővel. Ha nem, akkor folytassa, és tegye meg az itt leírt lépéseket követve.

És hivatalosan is végeztünk! Remélem, tetszett ez a bizarr hosszú, tanulságos. Most folytassa, fejezze be a rover építését, ha még nem fejezte be, játsszon vele egy darabig, és térjen vissza, hogy a megjegyzéseket lejjebb töltse le kérdésekkel és/vagy építő kritikákkal.

Kösz

P. S. Azért nem töltöttem fel képeket a kész projektről, mert nem magam fejeztem be. Az építés felénél néhány olyan kiegészítésre gondoltam, mint például a sebességszabályozás, az akadályok elkerülése és talán egy LCD a rover -en, ami valójában nem olyan nehéz, ha mikrokontrollert használunk mind az adó, mind a fogadó végén. De miért ne tehetné meg a nehezebb utat ?! Szóval, jelenleg ebben az irányban dolgozom, és közzéteszek egy frissítést, amint meghozza gyümölcsét. Azonban kipróbáltam a kódot és a tervezést egy gyors prototípus segítségével, amelyet az egyik korábbi projektem moduljaival készítettem; itt megnézheti a videót.