Bouwen van een robotachtig wapen voor de wetenschap Olympiade (2 / 14 stap)

Stap 2: P.1, Plan: Microcontroller en Circuit vergadering overwegingen

Simpel gezegd, een microcontroller is een compacte computer-on-a-chip met een CPU, geheugen, en een paar of meer intern gedefinieerde input en output poorten, evenals andere ingebouwde randapparatuur zoals timers of analoog naar digitaal convertors.  Praktisch, kunt een microcontroller programmeur om direct toegang te krijgen tot hardware van een hoger niveau taal (dan assemblage), vaak op basis van C of C++. Voorbeelden zijn Atmel-C en de taal van de Arduino. Met andere woorden, u kunt lezen en schrijven van digitale signalen naar de IO-pinnen, krijgen of analoge signalen met behulp van een ADC of DAC (als uw controller een heeft), en toegang en interne timers, registers en andere hardware wijzigen.

Wanneer prototyping, het is vaak lastig te bouwen de nodige ondersteunende structuur te lopen een microcontroller zoals een klok generator, USB-interface (niet noodzakelijk, maar handig als u wilt seriële debuggen of seriële communicatie), of voeding, zodat een breakout board dat omvat de volgende functies wordt gebruikt in plaats daarvan. Arduino voor de 8-bits Atmel AVR en mbed voor 32-bits ARM zijn twee voorbeelden.

i. Arduino

Arduino is veruit de meest populaire en meest gebruiksvriendelijke microcontroller voor do-it-yourself elektronica. Het komt met een eigen development tool die beschikbaar is als gratis download en de standaard variant, Arduino Uno, kan worden geprogrammeerd met een USB-mannelijke type A aan mannelijke typeB kabel (foto 1).

Naast worden geprogrammeerd via de USB-kabel, kan de Arduino ook verzenden en ontvangen van seriële data via deze verbinding. Aangezien het beheren van eenvoudige seriële input en output niet vereist dat de programmeur om het USB-protocol, het is veel gemakkelijker dan wat men zou kunnen verwachten, serial.print en lezen van de Arduino einde en popen/pclose van de computer aan (meer hierover later).

Andere varianten van de Arduino platform bieden extra functies die wenselijk kunnen zijn: we koos voor het gebruik van de Arduino Mega 2560 (foto 2), omdat het beschikt over de grootste hoeveelheid programma ruimte, aantal IO poorten en nummer van de seriële poorten van de extra hardware voor toekomstige uitbreidingen. Op het moment dat ik kocht de microcontroller, heb ik niet had nog besloten op een controle-regeling, dus met zoveel ruimte programma mogelijk alleen in het geval dat ik koos om te implementeren alles (met inbegrip van omgekeerde cinematica!) direct op de chip een prioriteit was.

Welke Arduino Ken ik kopen? Hoe zet ik samen de robotarm circuits?

Een uitdaging die u zal worden geconfronteerd is in de fysieke aanleg van de robotarm circuit-hoe sluit ik de servo's aan de Arduino, de batterij aan de servo's, enz.? De Arduino standaardpakketten bieden rijen voor vrouwelijke headers voor draden in steekt, maar dit soort rat's nest stijl bouw is nauwelijks duurzaam en gemakkelijk te zuiveren. Het beste alternatief is het gebruik van een extra printplaat al van de elektrische componenten van de arm aan te sluiten. Een paar mogelijkheden:

1. bedriegen door het kopen van een Arduino prototyping schild (ik noem deze eerste, want het is waarschijnlijk de beste optie)
Een Arduino "schild" is de printplaat van een add-on die stekkers in de bovenkant van de microcontroller. Voorbeelden zijn het schild van de SD voor lezen of schrijven naar de flash-geheugenkaarten, het schild van de LCD voor interfacing met een display, en letterlijk honderden anderen. Verscheidene verschillende prototyping schilden bestaan die in wezen loze printplaten met handige verbindingen met de pinnen van de Arduino. Het circuit van de robotarm kan worden gemonteerd op een van deze blanco kaarten met een soldeerbout en een handvol onderdelen (foto 3).

2. gebruik een breadboard
Een breadboard herbergt rapid prototyping van elektronische schakelingen veroorzaken doordat onderdelen aan losjes pers passen in onderling verbonden rijen en kolommen voor headers. Sommige Arduino board zoals de Arduino Nano (foto 4) en Arduino Mini zijn uitgerust met rijen voor neerwaartse geconfronteerd met mannelijke headers in plaats van omhoog geconfronteerd met vrouwelijke headers, zodat ze aansluiten op een breadboard zoals een geïntegreerde schakeling DIP. Dit pad is het makkelijkst te kiezen in termen van ontwerp wijziging flexibiliteit en experimenteren – je niet gedwongen om te solderen iets, maar breadboard zijn gevoelig voor steeds rat's nesten. Als u besluit dat dit is de beste optie, gebruik van een Arduino Nano, de Arduino Mini komt niet met alle van de hardware die u nodig hebt om te programmeren of ermee communiceren via seriële.

3. het breadboard permanent met een protoboard maken
Een protoboard (foto 5) is een Printplaat leeg fiberglas met predrilled gaten en vias met standaard (0.1") component afstand, hetzelfde als op een breadboard. Protoboards kunt u een breadboarded ontwerp permanent met soldeer te maken, maar ook last van rat nesten problemen. Soldeer nooit een Arduino rechtstreeks op een perfboard-gebruik van twee parallelle rijen voor vrouwelijke headers voor een Nano sluit aan in plaats van steken zij via de Raad van bestuur en het solderen. Als u een fout die niet kan worden opgelost, of als u een upgrade te installeren wilt, is het zowel goedkoper en makkelijker te kopen van een nieuwe 3 dollar protoboard dan een $40 Arduino.

4. etch uw eigen circuit board (wat we deden)
Maken van een aangepaste printplaat vanaf nul kan een moeilijk proces, maar is veruit de beste keuze; Er is weinig kans op menselijke fouten tijdens de vergadering en als de Raad van bestuur goed ontworpen is, het de eerste keer dat u, 100% van de tijd (afbeelding 6 inschakelt) zal werken. Eagle CAD, een laser printer, fotopapier, een strijkijzer (zoals, een werkelijke ijzer, niet een soldeerbout), waardoor een circuit bord van kras vereist lege PCB materiaal en ferrichloride, de meeste van deze leveranties kunnen worden gekocht bij een lokale elektronica hobby shop zoals "U-Do-It" elektronica en/of online als u graag geld besparen, maar wachten op verzending. Er zijn andere instructables die dit proces in detail beschrijven.

II. andere opties (voor de meer avontuurlijke)

Ik noem alleen om compleet-

Als je Arduino te duur vinden of u wilt een bord waarin zowel de microcontroller en de robotarm circuitry etch, kunt u een kale Atmega chip geladen met de Arduino bootloader, een kristal oscillator en een FTDI converter chip voor seriële communicatie via USB. Afwisselend, als u geen seriële communicatie, een kale Atmega-chip, of een Arduino Pro Mini, geprogrammeerd met behulp van een FTDI adapterkabel zou ook werken.

Als u meer snelheid of geheugen dan een Arduino of AVR kan leveren, of een 32-bits processor (geen van die waren nodig voor dit project, ik vond), de mbed een goed alternatief (afbeelding 7 is). Het wordt geleverd met een handige online tool voor compiler en ontwikkeling, "slepen en neerzetten" programmeren via USB en ton van bibliotheken die gemakkelijk kunnen worden opgenomen in uw project zonder een download - alleen de online tool wijs de pagina op de website van de mbed met de bibliotheek, en u bent goed om te gaan. Ik heb niet geprobeerd te communiceren met een mbed via seriële, maar ik niet denken dat het is ook anders dan doen met een Arduino. Als u de tijd de begroting en, en plannen om meer dan alleen een seriële naar servo-brug op de micro, is de mbed een goede keuze.

Waar te kopen: Sparkfun elektronica (http://www.sparkfun.com)
Aanbevolen:
-Arduino Uno R3 (met een schild van prototyping)
-Arduino Nano (met een breadbord of protoboard)
-Arduino Mega 2560 (met een aangepaste-geëtst bord, of in een geval waar het hele programma zal op de micro) (Wat we deden)