ultimo aggiornamento  14 gennaio 2012

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Dopo aver montato, il nostro robot ora lo doteremo di nuovi sensi.   Oltre al tatto, gli forniremo la vista tramite sensori ad infrarossi e fotoresistori, l'udito tramite un microfono e la voce con un buzzer.

La scheda descritta in questa pagina è oggetto di un articolo pubblicato sul numero 265 pubblicato nel mese di Giugno/Agosto  della rivista Fare Elettronica.
Se vi siete perduti la rivista, l'articolo in formato pdf potrà essere scaricato dal sito della rivista.

 

Se per i sensori ad infrarossi e di contatto utilizzeremo i contatti presenti sulla scheda madre, per quanto riguarda gli altri sensori ho proceduto a realizzare un apposito circuito stampato su cui trova posto anche il modulo dei motori già utilizzato nella scheda ponte H
A questo punto del progetto ecco l'elenco delle porte del processore utilizzate

Dettaglio_scheda_sensori.jpg

Scheda sensori

Per l’implementazione dei nuovi sensori e per il pilotaggio dei motori ho realizzato un’apposita scheda il cui circuito elettrico è visibile sotto

 

Elenco componenti

R1,R2,R3,R5,R6,R7,R9

4,7 kΩ 1/4W 5%

R4

10 Ω 1/4W 5%

R8

1MΩ trimmer

R10,R12

220 Ω 1/4W 5%

C1 100nF poliestere
C2, C3 10nF poliestere
IC1 LM358N
IC2 SMC02
MIC1 Capsula microfonica a condensatore omnidirezionale
SP1 Buzzer
T1, T2 BC337
X1 Striscia 2x10 Pin maschio
X2, X3 Morsettiera 2 poli C.S.
X4, X5 Connettori

 

componenti_scheda_sensori_bug.jpg
Foto dei componenti e del circuito stampato

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Sezione dei sensori ad infrarossi

La sezione dei sensori ad infrarossi, in cui schema di collegamento è visibile sotto, sfrutta i connettori posti nella parte frontale della scheda

Gli emettitori (D2 e D2) sono formati da diodi, led, emettitori nel campo degli infrarossi con una lunghezza d’onda λ di circa 940 ÷ 950 nm come il diodo QEC112 113 della Fairchild e solo collegati tramite una resistenza da 220 Ώ alle porte P1 e P7 del processore.
I ricevitori (IC3 e IC4) sono dei circuiti integrati usati normalmente nei ricevitori per telecomandi a raggi infrarossi.
La loro frequenza di ricezione è di 36 KHz come i TSOP 1836 della VISHAY e sono connessi alle porte P0 e P8.
Il loro principio di funzionamento è visibile nella figura sotto.


 

Sensori_infrarosso_frontali.jpg
Foto di dettaglio del montaggio sezione infrarossi Per essere meglio direttivi i diodi led andranno inseriti all’interno di un contenitore come indicato nella figura

 

Photo Modules for PCM Remote Control Systems tipo TSOP 1836

1-OUT  2-GND 3-Vcc
Piedinatura Datasheet Foto del sensore


Schema a blocchi del sensore ad infrarosso


Pulsante di controllo su scheda madre

Il pulsante di controllo è già presente sulla scheda principale ed è collegato alla porta P2 del processore come visibile nello schema

Schema elettrico del pulsante Posizione pulsante di controllo
Pulsante di controllo.jpg

 


Sezione microfonica

La sezione microfonica, il cui schema elettrico è visibile sotto è formata da una capsula microfonica pre-amplificata collegata ad uno stadio di amplificazione formato dall’integrato LM358 il cui guadagno è regolato dal trimmer R8.
Il segnale è disponibile per essere inviato alla porta P3 del processore sul collettore del transistor T1 un transistor NPN tipo BC337.

 

LM 358  Low Power Dual Operational Amplifiers
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

 

Transistor BC337  (NPN Switching and Amplifier Applications )
Piedinatura Datasheet Foto del transistor

L’istruzione utilizzata nel programma è: PULSIN Pin, Stato, Variabile.


Sezione dei sensori di contatto.

La sezione dei sensori è illustrata nell'apposita pagina, lo schema è visibile sopra. I sensori sono collegati alle porte P4 e P5 del processore.

 


Sezione buzzer

La sezione buzzer il cui schema è visibile in figura, è formata da una capsula buzzer pilotata tramite il transistor T2 un BC337 comandato a sua volta dalla porta P5 del processore.   L’istruzione utilizzata nel programma è: FREQOUT Pin, Durata, Frequenza.


 Schema elettrico sezione buzzer

 

Transistor BC337  (NPN Switching and Amplifier Applications )
Piedinatura Datasheet Foto del transistor

 

Sezione sensori di luce

Nella sezione sensori di luce, sono presenti due foto resistenze connesse alle porte P9 e P10 del processore. La luce variando la resistenza, modifica il parametro caratteristico del circuito in cui è presente un condensatore: la costante di tempo. Il valore di tale parametro risulta essere (per ragioni fisiche) inversamente proporzionale all'intensità luminosa rilevata.   L’istruzione utilizzata nel programma è: RCTIME Pin, Stato, Variabile.

Schema elettrico della sezione del sensore rilevatore di luce

Cosa sono le Fotoresistenze

Si tratta di resistenze il cui valore dipende dall’intensità e dal colore della luce che le colpisce; in genere sono dei sottili film di solfato di cadmio su un supporto rigido, chiusi in involucri protettivi trasparenti. Data la struttura fisica, si comprende come questi non siano quasi mai elementi di potenze elevate; valori caratteristici della massima potenza dissipabile sono sui 50mW per le più piccole, circa 1 W per le più grosse.

Le fotoresistenze sono caratterizzate dalla curva di sensibilità, cioè dal colore al quale sono maggiormente sensibili e dai valori della resistenza al buio e alla luce forte, dette valore di buio e valore di luce; si ha indicativamente:
valore di buio: qualche Mohm
valore di luce: intorno al Kohm.
Il campo di variabilità è quindi molto elevato, dell’ordine di 1000.
La loro caratteristica di illuminazione è definita dall’equazione

R= ALa

dove:

R è la resistenza del componente in ohm
A è la resistenza in condizioni di illuminamento unitario in ohm
L è l’intensità della radiazione luminosa espressa in lux
a è una costante che varia tra 0.7 e 0.9.

Quindi, date la resistenza di buio e di luce, si può tracciare una caratteristica rettilinea (in scala logaritmica) che approssima abbastanza bene quella reale (vedi grafico).
Bisogna però tener presente che questi elementi sono “lenti” (variazione di circa 200 Kohm/s) cioè se la luce varia rapidamente non è detto che il valore della resistenza la segua con la stessa legge.


Collaudo
luce

' {$STAMP BS2}
' {$PBASIC 2.5}
'*************************************************************************
'Collaudo scheda sensori BUG
'Sezione fotoresistori
'di Adriano Gandolfo
'sito www.adrirobot.it
'*************************************************************************

RC_DX CON 9
RC_SX CON 10
result_DX VAR Word
result_SX VAR Word

Main:
       HIGH RC_DX                                                        ' carica il condensatore C1
       PAUSE 1                                                             ' per 1 ms
       RCTIME RC_DX, 1, result_DX                                ' misura il tempo di scarica RC fotoresistenza destra
       HIGH RC_SX                                                        ' carica il condensatore C2
       PAUSE 1                                                             ' per 1 ms
       RCTIME RC_SX, 1, result_SX
       DEBUG HOME, "Controllo delle fotoresistenze", CR, ' misura il tempo di scarica RC fotoresistenza sinistra
       "Valore SX Valore DX" , CR,
        "--------- ---------", CR,
        "                   "
       DEBUG CRSRXY, 3, 3, DEC result_SX,
      CRSRXY, 14, 3, DEC result_DX
      GOTO main
END

Sezione pilotaggio motori

La sezione per il pilotaggio dei motori è identica a quella della scheda del ponte H


Schema elettrico pilotaggio motori

Si basa sul Micro Dual Serial Motor Controller che è una piccola schedina prodotta dalla Pololu Robotics and Electronics, in cui è presente un doppio ponte H formato dall'integrato LB 1836M (prodotto dalla SANYO) e un PIC12F629 (prodotto dalla Microchip) per la gestione del ponte e per la comunicazione seriale con la scheda di controllo.
Questo controller consente di pilotare due motori CC fino ad 1A di assorbimento con 127 passi di velocità in due direzioni tramite semplici comandi.

Caratteristiche Tecniche del Micro Dual Serial Motor Control:
Velocità Seriale 1.200 - 19.200 baud (autodetect)
Tensione Motori 1.8 - 9V
Corrente Motori 1A X 2 (continua) - 2A collegando 1 solo motore
Tensione Logica 2.6 - 5.5V
Frequenza PWM 2 motori 600Hz - 1 motore 750Hz
Passi Velocità 127 avanti /127 indietro / off
Motori 1 o 2
Dimensioni 22.8 x 11.4mm

 

PIN Funzione
1 Alimentazione motori (1.8÷9.0V)
2 Contatto di massa (0V)
3 Alimentazione integrati (2.5÷5.5V)
4 Pin di input linea seriale
5 RESET
6 Uscita alimentazione positiva, motore 1
7 Uscita alimentazione negativa, motore 1
8 Uscita alimentazione positiva, motore 0
9 Uscita alimentazione negativa, motore 0


Datasheet

Dettaglio_collegamento_motori.jpg
Foto del collegamento dei motori alla morsettiera


Connettore scheda

Sulla scheda è presente il connettore X1 che andrà collegato al relativo connettore X7 presente sulla DeA Basic Stamp Board. Tramite questa, si realizza la connessione che permette il collegamento tra le linee: Vss (GND), Vdd (+5V), Vin( V batterie), P3, P5, P9, P10, P14, P15.


Realizzazione della scheda

Per la realizzazione della scheda occorre preparare un’apposito circuito stampato, una volta scaricato il PDF del circuito stampato si potrà usare il sistema di produzione del circuito che meglio preferite.
Io personalmente utilizzo quello del trasferimento diretto utilizzando dei fogli blu, oppure si utilizza il bromografo.

Circuito stampato (lato rame) Disposizione componenti

Una volta realizzato e forato il circuito stampato si passerà alla saldatura dei componenti, seguendo la disposizione riportata in figura.
Conviene partire da quelli a basso profilo come il ponticello le resistenze, si proseguirà poi con lo zoccolo per l’integrato, i condensatori, il trimmer, il buzzer e i transistor, connettori per fotoresistenze.
Per quanto riguarda il connettore X1 questo è da saldare con attenzione in modo da non creare dei cortocircuiti tra le piste, conviene saldare solo i pin necessari, tralasciando gli altri.

scheda_sensori_bug_montaggio-1.jpg scheda_sensori_bug_montaggio-2.jpg
scheda_sensori_bug_montaggio-3.jpg scheda_sensori_bug_montaggio-4.jpg

scheda_sensori_bug_montaggio-5.jpg

 

Per l’installazione sul robot occorrerà estrarre prima di tutto la scheda motore eventualmente già montata, il cui integrato sarà utilizzato sulla scheda sensori; si sviteranno le due viti posteriori che fissano la scheda base al telaio e si installerà la nuova scheda infilando con attenzione il connettore su quello presente sulla scheda madre e fissando il tutto con l’aiuto della minuteria visibile nella figura12 e cioè: 3 distanziali plastici lunghi 17 mm, 3 viti testa cilindrica M3x20, 1 dado M3 una rondella.

Minuteria_montaggio_scheda_sensori.jpg Punti di fissaggio.jpg Montaggio scheda.jpg
Minuteria per montaggio scheda Punti di fissaggio scheda  

Collaudo sensori

Tranne il sensore di rumore che possiede un trimmer che ne regola la sensibilità nessuno degli altri sensori necessita di taratura, ma nel caso si volesse effettuare un controllo, si possono utilizzare i programmi che trovate sotto.  Essi una volta caricati nella memoria del processore permetteranno la verifica dei vari sensori.


Collaudo
baffi

Collaudo
buzzer

Collaudo
infrarossi

Collaudo
luce

Collaudo
suono

Link utili

Sito del produttore del modulo di comando dei motori (Pololu): www.pololu.com/
Sito del produttore della scheda di comando (Parallax) : www.parallax.com/
Sito del distributore italiano della Parallax (Essegi Elettronica srl): www.homotix.com
Sito di un'altro distributore italiano della Parallax (Elettroshop): www.elettroshop.com
Sito robot Cybot della DeAgostini: www.realrobots.ideahobby.it (non più attivo)
Sito robot Panettone della DeAgostini: www.robot.deagostini.it/lab/cose.html. (non più in linea)
   

 

Elenco revisioni
14/01/2012 Aggiornato pagina
03/12/2007 Inserito richiamo all'articolo pubblicato sulla rivista Fare Elettronica.
14/09/2007 Emissione preliminare