RoboZone.SU

Преамбула

Когда в 2005 году мы с братом увлеклись робостроительством и экспериментами с микроконтроллерами AVR выбор пал на ATMEGA8-16PU, который был достаточно дешев и продавался практически во всех интернет-магазинах электронных компонентов. Так же данный МК обладает небольшими габаритами и хорошими функциональными возможностями. Начало было положено с помощью макетной платы. В процессе изучения работы МК и множестве экспериментов "макетка"  быстро пришла в негодность. Конечно очистить плату от остатков припоя и убрать ненужные для очередного проекта элементы задача не слишком сложная, но отнимающая много времени и нервных клеток. Первые попытки создать универсальное средство разработки прошли удачно, но вставало множество проблем с соединениями модулей - приходилось постоянно распаивать новые разъемы, либо опять же подпаиваться непосредственно к плате. В конечном счете первые варианты были окончательно приспособлены на роботов и решено было обратиться к готовым изделиям различных фирм и разработчиков.

Изучив схемотехнику и функционал предлагаемых на рынке универсальных средств разработки - на старых добрых "макетках" было обкатано множество вариантов компоновки разъемов, расположения элементов и обвязок микроконтроллера. Много времени ушло на обдумывание функционала - "а что же мы все таки хотим получить в итоге?" (спорили до хрипоты ) Когда окончательно утвердились во мнении, что наиболее удобным является схема - "базовая плата" + "конкретный модуль под задачу", наткнулись на открытую платформу Arduino и убедились, что движемся в верном направлении. От Ардуино были "позаимствованы" расположение портов и типы разъемов. Было проверено несколько вариантов разводки плат - мы стремились создать легко повторяемый контроллер, который сможет повторить любой начинающий в домашних условиях.  Один из "экспериментальных" образцов был обкатан на "полном чайнике" - ему была вручена плата, документация, программатор и софт. Вечером того же дня товарищ успешно освоил начальные знания работы с МК и теперь обратно его отдавать не хочет   Этот эпизод показал - концепция и ее решение были выбраны верно, что и побудило нас опубликовать всю информацию по нашему робо-контроллеру.

Схемотехника MRC28 не представляет из себя ничего экстраординарного - все элементы включены по рекомендациям производителей. Главным достоинством этого устройства, как мы считаем - удобство в использовании. Естественно доступность компонентов и легкость повторения в домашних условиях то же являются несомненными достоинствами.

Габариты платы контроллера обозначились в результате экспериментов с компоновкой. Эти габариты комфортны при разведении односторонней платы с минимум перемычек, удобны при распайке деталей начинающим, визуально- понятное расположение  портов и разъемов (что минимизирует количество ошибок при соединении с модулями и внешними элементами), а так же позволяет использовать контроллер в небольших роботах типа мини-сумо, линетрейсер и т.п.

Так же концепция контроллера предусматривает наличие верхнего модуля (с такими же размерами), разрабатываемого под конкретный проект. Таким образом можно обойтись всего двумя платами для множества задач, притом нижнюю – сам робокотроллер, можно использовать для многих проектов без изменений в схеме.

В качестве основного микроконтроллера выступает ATMEGA8-16PU в DIP-корпусе. Так же без каких либо изменений в схеме можно использовать ATMEGA168-20PU или перспективный микроконтроллер от ATMEL - ATMEGA328P. Все эти микроконтроллеры полностью совместимы по выводам и командам. Закономерен вопрос - "почему не МК с большим количеством портов? Например ATMEGA32?" Ответ прост - во первых цена, во вторых габариты, в третьих портов и функционала 8-й хватает "за глаза" для подавляющего большинства любительских проектов - главное грамотно их распределить по задачам и писать прошивку соответствующим образом. При нехватке памяти программ ставим 168-ю (16Кб памяти) и в перспективе 328-ю (32! кб памяти). Соответственно совместимость с постоянно развивающимся открытым проектом Arduino то же не маловажна.

Тактирование МК осуществляется от внешнего кварцевого резонатора на 16Mhz - запускаем на максимум (в случае использования 168 или 328-й меги, кварц можно поставить и на 20MHz). Если нет под рукой кварца необходимого номинала - ставьте 4 или 8MHz (они достаточно распространены), но не забывайте учитывать эти частоты в своих проектах.

Связь с персональным компьютером реализована посредством СОМ-порта, а конкретно с помощью микросхемы - преобразователя уровня TTL  MAX232CPE, так же в исполнении DIP (внимание: напрямую линии TX и RX микроконтроллера соединять с СОМ-портом компьютера нельзя!). На плате дополнительно выведен разъем для самодельного коммуникационного кабеля (раздел "Начинающим"). При отсутствии в компьютере СОМ-порта есть возможность использования конверторов USB->COM (выведен соответствующий разъем).  Так же на данные дополнительные разъемы можно подключить различные модули беспроводного канала связи с ПК.

Контроллер имеет собственный стабилизированный источник питания на 5 вольт и с максимальным током на выходе до 1,5 ампер. Таким образом, можно питать достаточно много внешних модулей и устройств от самого контроллера.

В основе источника питания лежит популярный и недорогой линейный стабилизатор L7805 (иностранный аналог отечественной КРЕН5). Рекомендуемый диапазон подаваемых внешних напряжений на стабилизатор – от 7,4 до 12 вольт. Меньше нельзя, так как на нем присутствует падение от 1,5 до 2,5 вольт (зависит от производителя и конкретной модели) и стабилизатор перестает стабильно работать. При желании, и без каких либо изменений в схеме, можно использовать LOW-DROP регуляторы – они могут работать при более низком входящем напряжении (к примеру - LM2940CT) Единственным недостатком «лоу-дроп» регуляторов является их цена. 

Предлагаемое назначение и маркировка портов контроллера MRC28.

Печатная плата и перечень используемых компонентов.

Метки к статье: робо-контроллер, rs232, COM-port, atmega8, atmega168