LF ที่ใช้ PIC และการหลีกเลี่ยงหุ่นยนต์: 16 ขั้นตอน (พร้อมรูปภาพ)

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:07

บทนำ

ในคำแนะนำนี้ คุณจะได้เรียนรู้วิธีติดตามและหลีกเลี่ยงหุ่นยนต์ แรงบันดาลใจของฉันมาจากหุ่นยนต์ที่เลียนแบบพฤติกรรมของมนุษย์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น คุณจะไม่เพียงแค่เดินเข้าไปในกำแพงโดยไม่มีเหตุผล สมองของคุณสื่อสารกับกล้ามเนื้อ/อวัยวะของคุณและจะหยุดคุณทันที สมองของคุณทำงานคล้ายกันมากกับไมโครคอนโทรลเลอร์พื้นฐานที่รับอินพุตและประมวลผลเป็นเอาต์พุต ในกรณีนี้ สมองของคุณต้องอาศัยสายตาในการหาข้อมูล ในขณะเดียวกัน ก็ยอมให้เดินเข้าไปในกำแพงเมื่อคนตาบอด สมองของคุณไม่ได้รับข้อมูลจากดวงตาของคุณและมองไม่เห็นกำแพง หุ่นยนต์ตัวนี้จะไม่เพียงแต่สร้างเสร็จสมบูรณ์ในตอนท้ายเท่านั้น แต่ยังเป็นประสบการณ์การเรียนรู้ที่ยอดเยี่ยมเกี่ยวกับส่วนประกอบอิเล็กทรอนิกส์ขั้นพื้นฐาน, DIY และทักษะการออกแบบเพื่อสร้างบางสิ่งบางอย่าง และฉันรู้ว่าคุณจะสนุกกับมัน ฉันรู้ว่ามีวิธีที่ง่ายกว่าและธรรมดากว่ามาก ซึ่งคุณไม่จำเป็นต้องสร้างวงจรด้วยตัวเองและใช้โมดูลพื้นฐานเพื่อให้ได้ผลลัพธ์แบบเดียวกัน แต่ฉันใช้แนวทางที่ต่างออกไปกว่านั้นอีกมาก นอกเหนือจากถ้าคุณเป็นพวกชอบทำ DIY เช่นฉันและกำลังมองหา เรียนรู้สิ่งใหม่ นี่คือโครงการที่สมบูรณ์แบบสำหรับคุณ! หุ่นยนต์นี้จะเดินตามแสง และเมื่อฟีลเลอร์สัมผัสผนัง หุ่นยนต์จะถอยหลังและเลี้ยว ดังนั้น นี่คือฟังก์ชันพื้นฐานสำหรับหุ่นยนต์ตัวนี้ หวังว่าคุณจะสนุกกับฉันโครงการ!

ขั้นตอนที่ 1: รายการวัสดุ

เครื่องใช้ไฟฟ้า

ตัวต้านทาน

· ตัวต้านทาน 10K, ¼ วัตต์ (x20)

· ตัวต้านทาน 2.2K, ¼ วัตต์ (x10)

· 4.7K VR (x2)

· 10K VR (x2)

· ตัวต้านทาน 1K, ¼ วัตต์ (x10)

· ตัวต้านทาน 220 โอห์ม ¼ วัตต์ (x4)

· ตัวต้านทาน 22K ¼ วัตต์ (x10)

ตัวเก็บประจุ

· เซรามิก 10pf (x5)

· 2200uf อิเล็กโทรไลต์ 25V (x2)

· 10nf เซรามิก (x4)

เซมิคอนดักเตอร์

· BD 139 NPN เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ (x4)

· BD 140 PNP เพาเวอร์ทรานซิสเตอร์ (x4)

· ทรานซิสเตอร์ BC 327 PNP (x4)

· ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า LM350 (x2)

· 741 ออปแอมป์ (x2)

· 4011 Quad NAND (x2)

· ไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC16F628A (x1)

· LED 5 มม. (เลือกสีได้) (x3)

ฮาร์ดแวร์

· แผ่นไม้อัดแผ่น

· น็อตตัวเว้นระยะ 5 มม. x 60 มม. (x4)

· สลักเกลียว 5 มม. x 20 มม. (x8)

· มอเตอร์เกียร์ 12V 500mA (x2)

· ล้อโฟม 60 มม. (x2)

· ขั้วต่อเฮเทอร์หญิง (จัมเปอร์) (x50)

· แบตเตอรี่มอเตอร์เกต 12V, 7.2Ah (อุปกรณ์เสริม สามารถใช้แบตเตอรี่ขนาดเล็กกว่าได้ แต่ต้องแน่ใจว่าเป็น 12V)

· ลวด 2 มม. (10 ม.)

· หมุดเชื่อมต่อเฮเทอร์ชาย (จัมเปอร์) (x50)

· ท่อหดความร้อน 3 มม. (2 ม.)

ขั้นตอนที่ 2: การสร้างวงจร

การสร้างวงจรค่อนข้างตรงไปตรงมา นี่เป็นประสบการณ์การเรียนรู้ที่ยอดเยี่ยมสำหรับผู้ที่ไม่เคยทำมาก่อนและเป็นแนวทางปฏิบัติที่ดีสำหรับผู้ที่มี คุณสามารถลองใช้วิธีอื่นได้เสมอ แต่ฉันชอบใช้ Veroboard มากกว่าเพราะแทร็กที่ใช้บัดกรีจะง่ายกว่า ผมแนะนำก่อนสร้างวงจรจริงเพื่อสร้างแบบจำลองบน breadboard และออกแบบเลย์เอาต์ Veroboard สำหรับวงจรของคุณบนกระดาษ ตอนนี้ดูเหมือนเป็นงานมาก แต่มันจะได้ผลดีเมื่อสร้างวงจรของคุณ (โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับจุดอ้างอิง).

การสร้าง H-Bridges

H-Bridge เป็นวงจรที่รับผิดชอบในการขับเคลื่อนมอเตอร์ของคุณซึ่งรับสัญญาณจากไมโครคอนโทรลเลอร์และหยุดหรือย้อนกลับมอเตอร์ (นี่คือ H-Bridge ที่ดัดแปลงด้วย 4011 ซึ่งทำหน้าที่เป็นวงจรป้องกันและเพิ่มมากขึ้น คุณสมบัติการควบคุม) ด้านล่างนี้คือรูปภาพของแผนภาพวงจร เลย์เอาต์ของบอร์ด Vera และวงจรสุดท้าย (อย่าลืมสร้าง H-Bridge 2 อัน หนึ่งอันสำหรับมอเตอร์แต่ละตัว)

ขั้นตอนที่ 3: สร้างวงจร LDR

วงจร LDR ทำหน้าที่เสมือนดวงตาของหุ่นยนต์ที่ตรวจจับแสงและส่งสัญญาณแรงดันไฟฟ้าไปยังไมโครคอนโทรลเลอร์ PIC เพื่อขยายสัญญาณแรงดันไฟฟ้าสำหรับ PIC I ใช้แอมป์ปฏิบัติการ 741 อย่าลืมสร้างวงจร 2 วงจรสำหรับตาแต่ละข้างของหุ่นยนต์

ขั้นตอนที่ 4: สร้างวงจรรองรับ PIC

นี่คือวงจรที่เป็นสมองของหุ่นยนต์

ขั้นตอนที่ 5: สร้างวงจรควบคุมแรงดันไฟฟ้า

แหล่งจ่ายแรงดันไฟหลักที่เข้ามาในหุ่นยนต์จะเป็น 12V ซึ่งหมายความว่าจะต้องมีตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าบนวงจร H-Bridge เพราะพวกมันทำงานบน 9V และบนวงจร PIC และ LDR ซึ่งทั้งคู่ทำงานบน 5V แรงดันไฟฟ้าต้องคงที่เพื่อไม่ให้ส่วนประกอบเสียหาย วงจรเหล่านี้จะควบคุมแรงดันไฟฟ้า อย่าลืมสร้าง 2 วงจร (ภาพทั้งหมดอยู่ด้านล่าง) หลังจากที่คุณทำวงจรเสร็จแล้ว ให้ตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมโดยหมุน VR และวัดโดยใช้มัลติมิเตอร์ โปรดจำไว้ว่าวงจร LDR และ PIC ต้องการ +5V และสะพาน H ต้องการ +9V

ขั้นตอนที่ 6: การเพิ่มพินเข้ากับวงจร

เมื่อคุณสร้างวงจรแล้ว ก็ถึงเวลาบัดกรีที่หมุดส่วนหัว อีกวิธีหนึ่งคือการบัดกรีลวดตรงไปที่บอร์ด แต่ฉันพบว่าการแตกหักของลวดนั้นพบได้บ่อยกว่านั้น เพื่อกำหนดตำแหน่งที่จะประสานหมุดบนเลย์เอาต์ Veroboard ของทุกวงจร ในคีย์ที่อยู่ใต้การออกแบบวงจร คุณจะพบสัญลักษณ์สำหรับหมุดส่วนหัว จากนั้นดูการออกแบบวงจรของคุณ นับรูของคุณบนกระดานเพื่อทำตาม เลย์เอาต์แล้วประสานพิน (สัญลักษณ์ที่คุณต้องค้นหาจะอยู่ในภาพ) อย่าลืมเลือกเลย์เอาต์ที่ถูกต้องสำหรับวงจรที่ถูกต้อง

ขั้นตอนที่ 7: ทำลายร่องรอยของ Veroboard

วงจรของคุณใกล้จะเสร็จแล้ว สิ่งที่สำคัญที่สุดที่เหลืออยู่ในตอนนี้คือการทำลายเส้นทางบน Veroboard ทำตามหลักการเดียวกันอีกครั้งโดยใช้กุญแจในแต่ละวงจรเพื่อกำหนดตำแหน่งที่จะทำลายราง ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณทำลายรางจนสุดทาง ผมใช้มีดหัตถกรรม (งานอดิเรก) (จะมีรูปภาพของคีย์และตัวอย่างของตัวแบ่งแทร็กให้)

ขั้นตอนที่ 8: การเข้ารหัส PIC

เมื่อคุณทำวงจรของคุณเสร็จแล้ว คุณสามารถเริ่มทำส่วนหลักของหุ่นยนต์ได้ เข้ารหัส PIC เข้ารหัส PIC ตรงไปตรงมา รหัสถูกเขียนใน MPLab X ซอร์สโค้ดและไฟล์เฟิร์มแวร์ (.hex) มีให้ใน แพ็คเกจซิป ในการแฟลชเฟิร์มแวร์ไปยังคอนโทรลเลอร์ PIC คุณสามารถใช้โปรแกรมเมอร์ใดก็ได้

ขั้นตอนที่ 9: การใส่ไมโครชิป

เมื่อคุณทำงานส่วนใหญ่กับวงจรเสร็จแล้ว ก็ถึงเวลาสำหรับสิ่งสุดท้ายด้วยการใส่ไมโครชิป นี่เป็นงานที่ค่อนข้างง่าย แต่ก็ยังยากอยู่ดี ไมโครชิปส่วนใหญ่ของคุณมาพร้อมกับฟองน้ำแปลก ๆ เมื่อคุณซื้อจากร้านค้า คุณอาจสงสัยว่าทำไม แต่ชิปนั้นไวต่อไฟฟ้าสถิต ซึ่งหมายความว่าคุณไม่สามารถสัมผัสได้ด้วยมือของคุณเว้นแต่คุณจะ กำลังสวมแถบคงที่ ซึ่งรวมถึง 4011 และ PIC ดังนั้นโปรดใช้ความระมัดระวังและอย่าแตะต้องหมุดของไมโครชิปเหล่านี้ มิฉะนั้น คุณจะเสียหายได้ (ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณใส่ชิปไปทางด้านที่ถูกต้อง จะมีตัวอย่างให้)

ขั้นตอนที่ 10: การทดสอบวงจร

วงจรของคุณเสร็จสมบูรณ์แล้ว ได้เวลาทดสอบพวกเขาแล้ว! ในการทดสอบวงจรของคุณ คุณจะต้องใช้มัลติมิเตอร์ (มัลติมิเตอร์เป็นอุปกรณ์ที่วัดความแตกต่างของแรงดัน กระแส และความต้านทาน) โชคดีที่มัลติมิเตอร์สมัยใหม่ยังมีฟังก์ชันอื่นๆ อีกสองสามอย่าง ก่อนอื่น คุณต้องทำการตรวจสอบวงจรด้วยสายตาเบื้องต้น ตรวจสอบรอยร้าว สายไฟขาด และการตัดการเชื่อมต่อ หลังจากที่คุณพอใจแล้ว สิ่งสำคัญคือต้องตรวจสอบขั้วทั้งหมดในวงจร เช่น ทรานซิสเตอร์ของคุณควรอยู่ในทางที่ถูกต้อง และควรใส่ไมโครชิปอย่างถูกต้อง หลังจากนั้นก็ถึงเวลาตรวจสอบด้านล่างของแผงวงจร ตรวจดูกางเกงขาสั้นระหว่างรางด้วยสายตา จากนั้นจึงค่อยใช้มีดสำหรับช่างฝีมือและตัดมันระหว่างรางโลหะของบอร์ดเพื่อให้แน่ใจว่า สิ่งสุดท้ายที่ต้องระวังคือช่วงพักของคุณ ตรวจดูการเบรกแต่ละครั้งในวงจรของคุณ เพื่อให้แน่ใจว่าแทร็กนั้นขาดตลอดทาง ในการตรวจสอบอย่างถูกต้อง คุณต้องปรับการตั้งค่ามัลติมิเตอร์ของคุณให้มีความต่อเนื่อง (จะมีรูปภาพด้านล่าง) และใส่สายหนึ่งไปด้านหนึ่งของแทร็ก Brocken และอีกสายหนึ่งไปยังอีกด้านหนึ่ง หากมัลติมิเตอร์ของคุณส่งเสียงบี๊บ ตัวแบ่งของคุณมีข้อบกพร่อง และ คุณต้องทำใหม่ ฉันแนะนำให้ทดสอบแต่ละวงจรแยกกันเพื่อไม่ให้สับสน (แก้ไขข้อผิดพลาดทั้งหมดของคุณก่อนที่จะทำขั้นตอนต่อไป) อย่าลืมรันวงจรด้วยการควบคุมแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสม:

· สะพาน H: 9V

· LDR + PIC: 5V

ขั้นตอนที่ 11: การประกอบตัวหุ่นยนต์

เมื่อวงจรของคุณเสร็จสิ้นแล้วก็ถึงเวลาทำ DIY ตอนนี้เราจะประกอบส่วนบนของหุ่นยนต์ ส่วนบนประกอบด้วยวงจรและเซ็นเซอร์ทั้งหมด ก่อนอื่นคุณต้องเจาะรูในกระดานไม้อัดของคุณสำหรับน็อตและสกรูตัวเว้นวรรค เจาะหนึ่งเซนติเมตรจากด้านข้างในแต่ละมุม (มันไม่สำคัญจริงๆ ว่าคุณจะเลือกเจาะรูที่ไหนตราบใดที่โครงสร้างของคุณมั่นคงและสอดคล้องกัน ถึงรูที่เจาะบนกระดานด้านล่าง) ตอนนี้ยังมีงานเจาะที่ต้องทำอีกมาก…..หากคุณเลือกที่จะยึดบอร์ดบนน๊อตตัวเว้นระยะ คุณจำเป็นต้องเจาะจอบสำหรับพวกมัน (ดูเส้นผ่านศูนย์กลางของน็อตของคุณและเลือกดอกสว่านตามนั้น) คุณต้องเจาะรูในด้วย วงจร ระวังเมื่อทำเช่นนั้นเพื่อไม่ให้เกิดความเสียหายกับบอร์ดและเลือกตำแหน่งที่คุณต้องการให้รูเป็นไปตามรูปแบบของแผงวงจรของคุณ (เพื่อไม่ให้รางเสียหาย) วิธีที่ง่ายกว่าอีกวิธีหนึ่งคือการติดแผ่นกระดานบนไม้อัด (เมื่อทำเช่นนั้น ให้พยายามยึดติดกับเลย์เอาต์ของฉัน สะพาน H ที่ติดตั้งที่ด้านหลัง ฯลฯ)

ขั้นตอนที่ 12: การประกอบตัวหุ่นยนต์ (ตอนที่ 2)

เมื่อประกอบส่วนบนแล้ว ก็ถึงเวลาประกอบส่วนล่าง ด้านล่างจะเป็นที่เก็บตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้า มอเตอร์ขับเคลื่อน และตัวเก็บประจุทั้งหมด ขั้นตอนแรกของคุณคือการติดตั้งมอเตอร์บนกระดานไม้อัด ฉันชอบวิธีพื้นฐานสองวิธีในการติดตั้งมอเตอร์ ไม่ว่าคุณจะติดตั้งไว้ตรงกลางแผงไม้อัดหรือด้านใดด้านหนึ่งที่คุณเลือก หากคุณเลือกติดตั้งมอเตอร์ที่ด้านข้าง คุณต้องไม่ลืมซื้อมู่เล่ด้านหน้าเพื่อช่วยให้หุ่นยนต์ทรงตัวและเคลื่อนตัวได้อย่างเหมาะสม อย่าลืมทำการวัดขั้นพื้นฐานและตรวจสอบก่อนที่จะติดตั้งมอเตอร์ของคุณอย่างถูกต้อง ขอแนะนำให้ติดตั้งมอเตอร์ด้วยสายรัดซิปซึ่งมีราคาถูกและง่ายต่อการทำ ขั้นแรกให้ติดกาวมอเตอร์ของคุณตามการวัดที่คุณต้องการ จากนั้นเจาะรูสองรูที่ทั้งสองด้านของมอเตอร์ มอเตอร์ในไม้อัดและเพียงแค่ใช้ซิปผูกไว้ (อย่าลืมรัดซิปให้แน่น) การติดตั้งตัวควบคุมและตัวเก็บประจุจะเป็นเรื่องง่าย (ด้นสดกับพื้นที่ที่คุณมีบนไม้อัด) และติดตั้งโดยใช้วิธีน็อตตัวเว้นวรรคหรือกาวร้อน (ฉันแนะนำให้ติดตัวเก็บประจุ) สุดท้ายเจาะรูสำหรับติดตั้งแผ่นกระดานด้านบน (ใช้ขนาดเดียวกับที่ทำกับชิ้นส่วนด้านบน) ผมแนะนำให้เจาะรูที่เล็กกว่าและกดน็อตตัวเว้นวรรคเข้าไป

ขั้นตอนที่ 13: การเดินสายไฟ

เมื่อคุณบัดกรี ตรวจสอบ และติดตั้งวงจรของคุณแล้ว ก็ถึงเวลาที่จะต่อสายทั้งหมดเข้าด้วยกัน พื้นฐานของการเดินสายคือในที่สุดวงจรทั้งหมดจะต่อเข้ากับ PIC ซึ่งจะประมวลผลและส่งข้อมูล โปรดจำไว้ว่าการเดินสายของคุณมีความสำคัญมากและคุณต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างถูกต้อง ตกลง ตอนนี้สำหรับวิธีการต่อสาย ตอนนี้คุณเข้าใจแล้วว่าทำไมฉันถึงเลือกใช้วิธีพินเฮเทอร์ เพราะมันทำให้ง่ายขึ้น หากคุณมีสายจัมเปอร์ตัวเมีย คุณสามารถเชื่อมต่อบอร์ดเข้าด้วยกันได้อย่างรวดเร็ว หากไม่มี คุณก็สามารถบัดกรีลวดธรรมดาบนพินเฮเทอร์ได้ แผนภาพการเดินสายไฟจะมีอยู่ในภาพ

ขั้นตอนที่ 14: การแนบและเชื่อมต่อ Feelers

หุ่นยนต์ของคุณจะใช้เครื่องสัมผัสสองตัวเพื่อสัมผัสผนังด้านหน้า การติดฟีลเลอร์นั้นค่อนข้างง่าย โดยพื้นฐานแล้วจะมีไมโครสวิตช์สองตัวทำหน้าที่เป็นตัวสัมผัสด้านซ้ายและขวา กาวร้อนที่ด้านหน้าของกระดานที่สองของคุณ แผนภาพวงจรของการเชื่อมต่อจะแสดงไว้ด้านล่าง (อย่าลืมหาพินไมโครสวิตช์เช่น COM)

ขั้นตอนที่ 15: ทดสอบหุ่นยนต์

เอาล่ะ นี่คือช่วงเวลาแห่งทางออกที่คุณรอคอย ในที่สุดก็ได้จุดไฟให้หุ่นยนต์ของคุณเป็นครั้งแรก!! อย่าออกตัวมากเกินไปในตอนนี้ สิ่งนี้ใช้ไม่ได้ในครั้งแรก ถ้าคุณเป็นผู้สร้างโชคดีคนหนึ่ง!! อย่าเพิ่งผิดหวังถ้ามันไม่ได้ผล ไม่ต้องกังวลว่าอีกไม่นานจะสำเร็จแน่นอน ด้านล่างนี้ ฉันได้จัดทำรายการปัญหาที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่คุณอาจเผชิญและวิธีแก้ไข

· สิ่งทั้งหมดไม่ได้ทำอะไรเลย ตรวจสอบวงจรจ่ายไฟและการเชื่อมต่อกับพินจ่ายไฟของบอร์ด รวมถึงตรวจสอบปัญหาขั้วไฟฟ้าด้วย

· มอเตอร์หมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม สลับขั้วของมอเตอร์หนึ่งตัวที่ควรส่งกลับทางอื่น อาจเป็นปัญหาในการเขียนโปรแกรม

· มีบางอย่างเริ่มสูบหรือคุณรู้สึกว่ามีบางอย่างที่ร้อนมาก ไฟฟ้าลัดวงจร!! ปิดทันทีเพื่อหลีกเลี่ยงความเสียหาย ตรวจสอบวงจรที่เป็นไปได้ทั้งหมดรวมถึงการต่อสายไฟ

· มอเตอร์หมุนช้ามาก เพิ่มกระแสให้กับหุ่นยนต์ หรืออาจขาดสะพาน H-Bridge

· หุ่นยนต์ตรวจจับแสงไม่ถูกต้อง ปรับ VR บนวงจร LDR อาจเป็นปัญหาในการเขียนโปรแกรม

· หุ่นยนต์มีพฤติกรรมผิดปกติและทำสิ่งแปลก ๆ การเขียนโปรแกรม! ตรวจสอบรหัสโปรแกรมอีกครั้ง

· หุ่นยนต์ตรวจจับผนังไม่ได้ ตรวจสอบการเชื่อมต่อบนไมโครสวิตช์

นี่คือปัญหาที่เกิดขึ้นกับหุ่นยนต์ของฉัน หากคุณมีปัญหาผิดปกติ อย่าลังเลที่จะเปลี่ยนหรือปรับเปลี่ยนการออกแบบของฉันให้ดีขึ้น จำไว้ว่าเราทุกคนกำลังเรียนรู้ และไม่มีสิ่งใดที่สมบูรณ์แบบ

ขั้นตอนที่ 16: การทดลองและข้อผิดพลาด

หากหลังจากพยายามหลายชั่วโมงแล้ว การตรวจสอบและทดสอบหุ่นยนต์ของคุณยังไม่ทำงาน อย่าโยนมันกับกำแพงหรือฉีกมันออกจากกันและหมดหวัง ลองออกไปเดินเล่นสูดอากาศบริสุทธิ์หรือนอนบนนั้นดูสิ ฉันมีช่วงเวลาแบบนั้นมาหลายครั้งแล้ว รู้มั้ยว่าทำไม? อิเล็กทรอนิกส์เป็นงานอดิเรกที่ยากลำบากอย่างหนึ่ง องค์ประกอบหนึ่งล้มเหลว ทุกอย่างล้มเหลว อย่าลืมแบ่งมันออกเป็นส่วนๆ ขณะทำการทดสอบ และเปิดใจให้กว้างด้วยการออกแบบและเลย์เอาต์ เป็นอิสระและสร้างสรรค์และไม่ยอมแพ้!!! หากคุณชอบโครงการของฉัน โปรดโหวตฉันในการประกวด make it move หวังว่าคุณจะสนุกกับมัน!