마이크로컨트롤러 제어 기능이 있는 Lunokhod

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마이크로컨트롤러 컨트롤이 있는 Lunokhod. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전

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설명된 장치는 움직이는 물체를 제어하기 위한 소프트웨어 및 하드웨어 시스템의 기능을 입증하기 위해 개발되었습니다. 대상은 두 개의 DC 전기 모터로 구동되고 각각을 개별적으로 제어할 수 있는 유선 리모콘이 있는 어린이 장난감 "달 로버"였습니다. 전원을 켜면 모델이 앞으로 움직이기 시작합니다. 동시에 펄스 IR 방사의 송신기와 수신기가 켜집니다. 움직임은 반사된 IR 신호의 강도가 설정된 임계값을 초과할 때까지 계속되며, 이는 도중에 장애물이 있음을 나타냅니다. 일단 이런 일이 발생하면 모델은 반사된 신호가 이 임계값 아래로 떨어질 때까지 회전한 다음 앞으로 계속 진행합니다.

"Lunokhod" 모델을 제어하기 위한 하드웨어-소프트웨어 콤플렉스의 개략도가 그림에 나와 있습니다. 고급 AVR RISC 아키텍처를 사용하여 구축된 경제적인 AT90S2313(DD1) 1비트 CMOS 마이크로컨트롤러(MC)를 기반으로 합니다. 클럭 주파수는 ZQ5 석영 공진기에 의해 10MHz의 주파수로 설정됩니다(다른 주파수는 최대 13MHz까지 가능). 저항 R12과 커패시터 C1의 회로는 전원이 켜진 순간 MK를 재설정하는 역할을 합니다. 커넥터 XXNUMX은 MK와 나머지 장치를 빠르게 연결 및 분리하고 프로그램을 업데이트하거나 작업을 진단하기 위해 MK를 컴퓨터에 연결하기 위해 도입되었습니다.

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마이크로 컨트롤러 외에도이 장치에는 적외선 펄스 송신기 (VT4, VD2), 포토 다이오드 VD1, 1 단계 증폭기 (VT2, VT3) 및 동기식 검출기로 구성된 장애물에 의해 반사되는 방사선 수신기가 포함되어 있습니다. (VT1) 및 1개의 전자 스위치(1VT3 - 4VT1, .. ., 4VT3 - 1500VT1). 이 장치는 모델에 제공된 구획에 설치된 XNUMXmAh 용량의 C 크기 Ni-Cd 배터리 XNUMX개로 구성된 배터리로 전원을 공급받습니다. 마이크로 컨트롤러와 IR 수신기의 공급 전압은 변경되지 않은 마이크로 회로 전압 조정기 DAXNUMX에 의해 유지됩니다.

작동 중에 약 0Hz의 반복률을 가진 펄스가 PD4 포트의 출력에서 트랜지스터 VT1220의베이스로 수신됩니다. 결과적으로 주기적으로 열리고 컬렉터 회로에 포함된 VD2 광 다이오드는 모델 이동 방향으로 지정된 주파수로 IR 방사 펄스를 생성합니다. 저항 R7은 트랜지스터의 이미 터 접합을 통한 전류를 제한하고이 접합이 파손되는 동안 MK 포트의 출력이 손상되지 않도록 보호합니다. LED를 통과하는 최대 전류는 저항 R9에 의해 제한됩니다.

장애물에 의해 반사된 IR 방사는 저항 R1와 병렬로 연결된 VD2 포토다이오드에 의해 감지되며, 이를 통해 직류 피드백이 수행되어 트랜지스터 VT1, VT2의 2단계 증폭기를 덮습니다. 트랜지스터 VT3의 수집기에서 나오는 전압 펄스는 전계 효과 트랜지스터 VT3에서 만들어진 동기식 검출기로 공급됩니다. 그것의 사용은 로케이터 작동 중에 저항 R1220이 약 100Hz의 주파수로 진동을 생성할 뿐만 아니라 백열 램프에서 3Hz의 주파수로 리플을 생성하고 둘 다에서 무작위 간섭을 생성하기 때문입니다. 스펙트럼의 가시광선 및 IR 범위. 이러한 간섭 수준은 종종 장애물에 의해 반사되는 적외선 방사 수준에 비례하며, 특별한 조치를 취하지 않으면 잘못된 장애물이 감지될 수 있습니다. 이러한 오류를 방지하기 위해 동기 감지기를 사용했습니다. 입력 (트랜지스터 VT2의 게이트)은 송신기의 입력과 동일한 포트 (DO)에 연결되므로 VD3 LED의 깜박임과 동시에 트랜지스터 VT1이 열리고 앰프의 출력이 켜집니다. 트랜지스터 VT2, VT0를 MK 비교기(PB0 / AIN12 )의 입력 중 하나에 연결합니다. 다른 입력에서의 예시적인 전압은 조정된 저항기 RXNUMX에 의해 설정되어 반사 신호에 대한 장치의 감도를 조정합니다.

MK 모델의 전기 모터 작동은 전자 키 S1 - S4로 제어됩니다. 예를 들어 첫 번째 작업과 같이 그들 중 하나의 작업을 고려하십시오 (나머지는 유사하게 작동합니다). 입력 전압이 0,6V(로그 0) 미만이면 트랜지스터 1VT1과 1VT3이 닫히고 1VT2가 열리므로 출력 전압과 이에 연결된 모터 M1의 출력 전압은 GB1 전원 배터리. 키 수준 로그의 입력에 대한 제출. 1은 트랜지스터 1VT1을 열어 1VT2가 닫히고 1VT3이 열리고 출력 전압이 0에 가까워집니다. 저항 1R1은 MK 출력에서 키가 소비하는 전류를 약 3mA의 값으로 제한하며 이는 훨씬 적습니다. 허용 출력 전류(논리 레벨 20에서 0mA, 로직 레벨 10에서 1mA)보다 낮습니다. 저항 1R2의 저항은 한편으로는 1VT2가 열려 있을 때 키의 충분한 출력 전류를 제공하고 다른 한편으로는 열린 트랜지스터 1VT1을 통한 전류가 흐르지 않도록 선택됩니다. 너무 큰.

모델에 사용된 전기 모터는 매우 큰 전류(약 600mA)를 소비하고 강렬한 임펄스 노이즈를 생성하기 때문에 보다 경제적이고 간섭이 적은 모터인 DPB-902로 교체해야 했습니다. 테이프 레코더 및 라디오 테이프 레코더의 다른 컬렉터 전기 모터를 사용할 수 있습니다.

전자 키를 관리하기 위해 포트 B의 상위 7자리(РВ6, РВ5, РВ4 및 РВ0)가 사용됩니다. IR 송신기의 작동은 포트 D의 최하위 비트인 PD0에 의해 제어되며, 포트 B의 최하위 1비트(PBXNUMX 및 PBXNUMX)는 각각 아날로그 비교기의 직접 및 역 입력으로 구성 및 사용됩니다.

다이어그램에서 볼 수 있듯이 예를 들어 전기 모터 M1을 켜려면 키 S1, S2 중 하나를 열고 다른 키를 닫아야 합니다. 두 키를 모두 열거 나 닫으면 출력 전압이 동일하므로 전기 모터의 전압은 0이됩니다. 키 S1을 열고 S2를 닫으면 왼쪽 (다이어그램에 따라) 출력 엔진은 배터리의 양극에 연결되며,

그리고 오른쪽은 빼기이며 한 방향으로 회전하기 시작합니다. 반대로 S2를 열고 S1을 닫으면 모터 연결 극성이 반대로 되어 반대 방향으로 회전하기 시작합니다. 소프트웨어 포함은 표에 표시된 상수의 포트 B에 작성하여 수행됩니다. 1.

마이크로컨트롤러 제어 기능이 있는 Lunokhod

IR 방사 송신기의 소프트웨어 제어는 MK의 포트 D에 특정 번호를 기록하여 수행됩니다. 이 숫자의 최하위 비트가 0이면 VD2 LED가 꺼지고 1이면 켜집니다. 이 비트의 값을 순차적으로 변경하면 스펙트럼의 IR 부분에서 모델보다 앞서 맥동하는 조명 수준이 발생합니다. 반사 방사선의 수준은 포토 센서에 의해 고정되며 증가함에 따라 앞에 장애물이 있다고 가정합니다.

프로그램의 특징은 제어 알고리즘이 MK 타이머 핸들러에 배치된다는 것입니다. 이는 발광 LED를 특정 일정한 주파수로 전환해야 하고 프로그램을 단순화하기 위해 제어 알고리즘이 거기에 배치되기 때문입니다. MK는 전원을 켜는 순간 리셋 신호가 주어진 후 시작 표시부터 프로그램을 실행하기 시작합니다. 프로그램의 이 부분에서는 스택, 레지스터, I/O 포트 B 및 D, 아날로그 비교기, 8비트 타이머의 초기 초기화가 수행되고 타이머의 펄스 반복률은 CK/5(CK - 클록 주파수는 XNUMXMHz), 인터럽트 핸들러 타이머 오버플로.

타이머는 256(28) 펄스 후에 매번 오버플로우되기 때문에 인터럽트 핸들러는 초당 2441번 호출됩니다. 결과적으로 발광 LED는 약 1221Hz의 주파수에서 전환됩니다. 수신된 반사 신호의 분석은 20 타이머 주기에 한 번, 즉 122Hz의 주파수로 수행됩니다.

제어 알고리즘은 다음과 같이 작동합니다. 레지스터 r24는 0에서 240까지의 값 범위를 갖는 카운터로 사용됩니다. 각 검사에서 장애물이 있고 카운터 값이 240 미만이면 1씩 증가하고 장애물이 없으면 0이 될 때까지 같은 양만큼 감소합니다. 또한 0에서 16까지의 카운터 값에서 전진, 17에서 31로 정지, 32에서 240으로 회전 명령을 내립니다. 이러한 알고리즘은 오탐을 방지하고 장애물을 완전히 우회할 확률을 높입니다(모델이 사라진 후에도 일정 시간 동안 회전함).

레지스터 r27에는 회전 카운터가 구성되어 있으며, 그에 따라 두 번째 회전은 이전 회전과 반대 방향으로 이루어지며 레지스터 r18에는 모터 제어 알고리즘의 카운터가 있습니다. 각 인터럽트 호출마다 0에서 3까지의 값을 순차적으로 가져옵니다. O에서는 오른쪽 엔진이 꺼지고 2에서는 왼쪽 엔진이 꺼집니다. 따라서 배터리에서 소비되는 전류가 줄어들어 한 배터리 충전에서 다음 배터리 충전까지 모델의 배터리 수명이 늘어납니다.

2진 파일 형식의 프로그램 코드는 표에 나와 있습니다. XNUMX.

어셈블리 언어로 된 프로그램의 전체 텍스트

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장치 설정은 쉽습니다. 먼저 X1 커넥터의 부품을 분리하여 마이크로 컨트롤러를 끄고 배터리를 제자리에 설치하고 스위치 Q1의 접점을 닫아 스태빌라이저 DA1의 출력에서 전압을 측정합니다. 그런 다음 오실로스코프를 트랜지스터 VT3의 드레인에 연결하고 일부 IR 방사원(예: TV 또는 VCR용 리모콘)으로 포토다이오드를 조명하여 광검출기가 작동하는지 확인합니다.

서비스 가능한 부품을 사용하고 설치 오류가 없는 경우 나머지 노드는 조정할 필요가 없습니다. 마지막으로 MK가 연결되고(전원이 꺼진 상태에서) 장치 전체의 작동 가능성이 확인됩니다. 광 검출기의 감도는 필요한 경우 튜닝 저항 R12를 조정합니다.

저자: P. Chechet, Vasilevichi, Gomel 지역, 벨로루시

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