マイクロコントローラー制御を備えたルノホート

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マイクロコントローラー制御を備えたルノホート。無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典

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説明されているデバイスは、移動物体を制御するためのソフトウェアおよびハードウェアシステムの機能を実証するために開発されました。物体は、XNUMX つの DC 電気モーターによって駆動され、それぞれを個別に制御できるワイヤーリモコンを備えた子供用玩具「月面探査機」でした。電源を入れるとモデルが前進を始めます。同時に、それに搭載されているパルス赤外線の送信機と受信機のスイッチがオンになります。この移動は、反射された IR 信号の強度が、途中に障害物の存在を示す設定されたしきい値を超えるまで続きます。これが発生すると、モデルは反射信号がこのしきい値を下回るまで回転し、その後は前進を続けます。

「Lunokhod」モデルを制御するためのハードウェアとソフトウェアの複合体の概略図を図に示します。これは、高度な AVR RISC アーキテクチャを使用して構築された、経済的な AT90S2313 (DD1) 1 ビット CMOS マイクロコントローラ (MC) に基づいています。クロック周波数は、ZQ5 水晶共振器によって 10 MHz の周波数に設定されます (最大 13 MHz まで、その他の周波数でも構いません)。抵抗R12とコンデンサC1の回路は電源投入時にMKをリセットする働きをします。コネクタ XXNUMX は、MK とその他のデバイスを素早く接続および取り外したり、プログラムを更新したり作業を診断したりするために MK をコンピュータに接続するために導入されています。

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このデバイスには、マイクロコントローラーに加えて、赤外線のパルス送信機 (VT4、VD2)、障害物によって反射された放射線の受信機 (フォトダイオード VD1、1 段アンプ (VT2、VT3)、および同期検出器で構成) が含まれています。 (VT1)、および 1 つの電子スイッチ (1VT3 ～ 4VT1、...、4VT3 ～ 1500VT1)。このデバイスは、モデルに備えられたコンパートメントに取り付けられた、容量 XNUMX mAh のサイズ C の XNUMX 個の Ni-Cd バッテリーで構成されるバッテリーによって電力供給されます。マイクロコントローラーと IR レシーバーの電源電圧は、変更されていないマイクロ回路電圧レギュレーター DAXNUMX によって維持されます。

動作中、約 0 Hz の繰り返しレートのパルスが PD4 ポートの出力からトランジスタ VT1220 のベースに受信されます。その結果、定期的に開き、コレクタ回路に含まれる VD2 ライトダイオードが、モデルの移動方向に指定された周波数でパルス状の IR 放射を生成します。抵抗 R7 は、トランジスタのエミッタ接合を流れる電流を制限し、この接合の破壊時の損傷から MK ポートの出力を保護します。 LED を流れる最大電流は、抵抗 R9 によって制限されます。

障害物によって反射された IR 放射は、抵抗 R1 と並列に接続された VD2 フォトダイオードによって感知され、それを通じて直流フィードバックが実行され、トランジスタ VT1、VT2 の 2 段アンプをカバーします。トランジスタＶＴ２のコレクタからの電圧パルスは、電界効果トランジスタＶＴ３上に作られた同期検出器に供給される。この使用は、ロケーターの動作中に、抵抗器 R3 が約 3 Hz の周波数の発振だけでなく、白熱灯からの 1220 Hz の周波数のリップルも生成し、両方のランプにランダムな干渉を引き起こすという事実によるものです。スペクトルの可視および赤外範囲。これらの干渉のレベルは、障害物によって反射される赤外線のレベルに比例することが多く、特別な対策が講じられない場合、誤った障害物が検出される可能性があります。このようなエラーを防ぐために、同期検出器が使用されました。その入力 (トランジスタ VT100 のゲート) は送信機の入力と同じポート (DO) に接続されているため、VD3 LED の点滅と同期してトランジスタ VT2 が開き、アンプの出力がオンに接続されます。トランジスタ VT3、VT1 を MK コンパレータ (PB2 / AIN0) の入力の 0 つに接続します。もう一方の入力の例示的な電圧は同調抵抗器 R12 によって設定され、それによって反射信号に対するデバイスの感度が調整されます。

MK モデルの電気モーターの動作は、電子キー S1 ～ S4 によって制御されます。そのうちの 0,6 つ、たとえば最初のものの動作を考えてみましょう (残りも同様に動作します)。入力電圧が 0 V (log. 1) 未満の場合、トランジスタ 1VT1 と 3VT1 が閉じ、2VT1 が開くため、出力の電圧とそれに接続されているモーター M1 の出力は、 GB1パワーバッテリー。キーレベルログの入力への送信。 1 によりトランジスタ 1VT1 が開き、これにより 2VT1 が閉じ、3VT0 が開き、出力電圧は 1 に近くなります。抵抗 1R3 は、MK 出力からキーによって消費される電流を、はるかに小さい約 20 mA の値に制限します。許容出力電流 (ロジックレベル 0 で 10 mA、ロジックレベル 1 で 1 mA) より大きくなります。抵抗器2R1の抵抗値は、一方では2VT1がオープンのときにキーの十分な出力電流を提供し、他方ではオープントランジスタ1VTXNUMXを流れる電流が流れないように選択されます。大きすぎる。

このモデルに使用されている電動モーターは非常に大電流（約 600 mA）を消費し、激しいインパルスノイズを発生するため、より経済的で干渉の少ないモーター DPB-902 に置き換える必要がありました。テープレコーダーやラジオテープレコーダーの他のコレクタ電動機を使用することも可能です。

電子キーを管理するには、ポート B の上位 7 桁 (РВ6、РВ5、РВ4、および РВ0) が使用されます。 IR トランスミッタの動作はポート D - PD0 の最下位ビットによって制御され、ポート B の 1 つの最下位ビット (PBXNUMX および PBXNUMX) は、それぞれアナログコンパレータの直接入力および反転入力として設定および使用されます。

図から分かるように、例えば電動モータＭ１をオンにするには、キーＳ１、Ｓ２の一方を開き、他方を閉じる必要がある。両方のキーを開いたり閉じたりすると、それらの出力の電圧は同じになるため、電気モーターの電圧は 1 になります。キー S1 を開いて S2 を閉じると、キーの左側 (図によると) の出力がオンになります。エンジンはバッテリーのプラスに接続されますが、

そして右側はマイナスです、そしてそれは一方向に回転し始めます。逆に S2 を開いて S1 を閉じると、モーターの接続極性が逆になり、逆方向に回転し始めます。ソフトウェアの組み込みは、表に示す定数をポート B に書き込むことによって実行されます。 1.

マイクロコントローラー制御を備えたルノホート

IR 放射送信機のソフトウェア制御は、MK のポート D に特定の数値を書き込むことによって実行されます。この数値の最下位ビットが 0 の場合、VD2 LED はオフになり、1 の場合、オンになります。このビットの値を連続的に変更すると、スペクトルの IR 部分でモデルの前に脈動照明レベルが発生します。反射放射線のレベルは光センサーによって固定され、反射放射線のレベルが増加すると、前方に障害物の存在が推定されます。

このプログラムの特徴は、制御アルゴリズムが MK タイマーハンドラーに配置されていることです。これは、発光 LED を一定の周波数で切り替える必要があり、プログラムを簡素化するために制御アルゴリズムがそこに配置されるためです。 MK は電源投入時にリセット信号が与えられると、スタートマークからプログラムの実行を開始します。プログラムのこの部分では、スタック、レジスタ、I/O ポート B および D、アナログコンパレータ、8 ビットタイマの初期化が実行され、タイマのパルス繰り返しレートが CK / 5 (CK -クロック周波数が XNUMX MHz に等しい)、割り込みハンドラータイマーがオーバーフローします。

タイマーは 256 (28) パルス後に毎回オーバーフローするため、割り込みハンドラーは 2441 秒あたり 1221 回呼び出されます。その結果、発光する LED は約 20 Hz の周波数で切り替わります。受信した反射信号の分析は、122 タイマーサイクルに XNUMX 回、つまり XNUMX Hz の周波数で実行されます。

制御アルゴリズムは次のように動作します。レジスタ r24 は、0 ～ 240 の範囲の値を持つカウンタとして使用されます。チェックのたびに、障害物があり、カウンタ値が 240 未満の場合は 1 ずつ増加し、障害物がない場合は、 0になるまで同じ量だけ減少します。さらに、カウンター値が0から16までは前進、17から31までは停止、32から240までは方向転換を指示します。このようなアルゴリズムは誤検知を回避し、障害物を完全に回避する確率を高めます (モデルは、障害物が消えた後もしばらくの間向きを変えます)。

レジスタ r27 には回転カウンタが構成され、これに従って 18 回転ごとに前の回転とは反対方向に回転し、レジスタ r0 にはモータ制御アルゴリズムのカウンタが設定されます。割り込み呼び出しごとに 3 から 2 までの値を順番に取得します。 O では右エンジンが停止し、XNUMX では左エンジンが停止します。したがって、バッテリーから消費される電流が減少し、それにより、バッテリー充電時のモデルのバッテリー寿命が長くなります。

2 進数ファイル形式のプログラムコードを表に示します。 XNUMX.

アセンブリ言語によるプログラムの全文

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デバイスのセットアップは簡単です。まず、X1 コネクタの部品を外してマイクロコントローラの電源を切り、バッテリを所定の位置に取り付け、スイッチ Q1 の接点を閉じて、スタビライザ DA1 の出力の電圧を測定します。次に、オシロスコープをトランジスタ VT3 のドレインに接続し、何らかの赤外線源 (テレビやビデオデッキのリモコンなど) でフォトダイオードを照射することで、光検出器が動作していることを確認します。

残りのノードは、保守可能な部品を使用し、インストール時にエラーがない場合、調整する必要はありません。最後にMKを接続（電源OFF）し、装置全体の動作確認を行います。光検出器の感度は、必要に応じて調整抵抗 R12 を調整します。

著者: P. Chechet、Vasilevichi、ホメリ地方、ベラルーシ

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