بسياري از المانهاي الکترونيکي و به خصوص IC هاي ديجيتالي، قابليت جريان دهي محدودي دارند و قطعاتي مانند موتور، لامپ ، رله و ... که مصرف جريان زيادي دارند را نمي توان مستقيم به آن ها متصل نمود.

   علاوه بر اين در بعضي مدارات ممکن است خروجي يک IC به ورودي چند IC ديگر داده شود. براي هر IC پارامتري به نام Fan-Out تعريف مي شود که مشخص مي کند خروجي IC به ورودي چند IC مي تواند داده شود. در بعضي موارد که تعداد اتصالات بيشتر از Fan-out آي سي باشد، IC نمي تواند جريان لازم براي تغذيه ي تمام خروجي هايش را فراهم کند و خروجي اش افت مي کند. در چنين مواردي مي بايست از ICهاي بافر استفاده نمود. به عبارت ديگر Fan-out بافر ها بسيار زياد است.

بافرها 2 وظيفه ي مهم را انجام مي دهند:

   پرکاربردترين بافر در کار ما آي سي 74245 مي باشد که يک آي سي 20 پايه بوده و در آن 8 بافر مجزا تعبيه شده.
   ترتيب پايه هاي اين IC در شکل زير آمده است.(هر فلش سبز 2طرفه يک بافر را نشان مي دهد)

   پايه ي 19 پايه ي"Enable" يا فعال ساز نام دارد، اگر اين پايه به زمين (0 منبع تغذيه) وصل شود، بافرها فعال مي شوند و اگر به 5ولت متصل شود، بافرها خاموش مي شوند.(در شکل بالا، مثلاً A0 و B0 يک بافر هستند)
   پايه ي 1 نيز که پايه ي جهت يا "Direction" نام دارد، جهت بافرها را نشان مي دهد. مثلاً اگر DIR به زمين متصل شود، جهت بافر ازB به A (يعني B ورودي و A خروجي است)و اگر به 5 ولت متصل شود، جهت بافر A به B مي شود(يعني A ورودي و B خروجي است).

پايه ي 20هم به 5ولت و پايه ي 10 هم به زمين يا 0ولت متصل مي شود.

ما براي راه اندازي بسياري از قطعات و اِلِمان هاي الکترونيکي مدارها، نياز به يک ولتاژ ثابت و بدون نوسان، مثل V5 داريم. ما براي اين منظور در جلسه ي پنجم ديود زنر را به صورت سطحي معرفي کرديم که اين ديود توسط مدارهاي جانبي مي توانست اين عمل را براي ما انجام دهد، اما گفتيم به خاطر محدوديت هايي که اين قطعه دارد، از جمله محدوديت جريان، و همچين مدارهاي جانبي آن که موجب پيچيدگي کار مي شود، به جاي آن از قطعه اي به نام رگولاتور استفاده مي کنيم.

رگولاتورهاي ولتاژ، نوعي از نيمه رساناها هستند که براي تنظيم ولتاژ طراحي شده اند.

رگولاتورها در يک دسته بندي کلي به 3بخش زير تقسيم ميشوند:

1- رگولاتورهاي ولتاژ خروجي ثابتِ مثبت: که خروجي انها يک عدد ثابت و غير قابل تغيير + مي باشد که نام گذاري انها هم به صورت 78XX يا L78XX يا M78XX مي باشد.2 رقم سمت راست که به صورت XXنشان داده شده نشان دهنده ي ولتاژ خروجي است. مثلاً ولتاژ خروجي رگولاتور 7805 ، 5 ولت مي باشد. L يا Mهم نشان دهنده ي حداکثر جريان دهي آن است(L= تا 1 آمپر،=Mتا 1.5 امپر)

2- رگولاتورهاي ولتاژ خروجي ثابتِ منفي: که خروجي آنها يک عدد ثابت منفي و غير قابل تغيير – مي باشد که نامگذاري انها به صورت 79XX مي باشد.

3- رگولاتورهاي ولتاژ خروجي متغير: به وسيله ي اين رگولاتورها مي توان ولتاژ خروجي را کنترل کرد. معروف ترين و پر کاربردترين نوع خروجي + آنها LM317 و LM138 وLM338 و خروجي – انهاLM337 مي باشد. اين قطعه براي ره اندازي نياز به يک مدار جانبي مختصر دارد که در جلسات آزمايشگاه در اين مورد توضيح کامل داده مي شود.

   اين رگولاتورها 3 پايه دارند.مثبت + ، خروجي، زمين يا - ( قطب – منبع تغذيه را زمين نيز مي گوييم(Gnd)). به شکل نگاه کنيد. 

   در رگولاتورهاي سري 78XX ولتاژ ورودي بايد حداقل 2.3 ولت بيشتر از خروجي آنها باشد. حداقل ولتاژ ورودي و همچنين ولتاژ خروجي آنها در جدول زير آمده است:

همان طور که می دانید این ماژول یک فاصله یاب آلتراسونیک است .من در اینجا می خواهم که طریقه راه اندازی این سنسور را در حالت مود یک آن که به صورت ورودی و خروجی جداگانه است توضیح دهم . و یک کد برنامه به زبان بیسیک برای آن بنویسم که بتوان آن را به راحتی با میکرو کنترلر های AVR راه اندازی کرد .

همان طور که می دانید این ماژول یک فاصله یاب آلتراسونیک است .من در اینجا می خواهم که طریقه راه اندازی این سنسور را در حالت مود یک آن که به صورت ورودی و خروجی جداگانه است توضیح دهم . و یک کد برنامه به زبان بیسیک برای آن بنویسم که بتوان آن را به راحتی با میکرو کنترلر های AVR راه اندازی کرد .

ابتدا باید بگویم که این ماژول با توجه به دیتاشیت آن دارای 10 پایه است که 5 تای آن مربوط به برنامه ریزی کارخانه ساخت آن است و 5 تای دیگر برای اتصال به میکرو کنترلر ها تعبیه شده است(سمت چپ تصویر) که در حالت مود یک آن 4 تا از این 5 پایه مورد استفاده قرار می گیرند و یکی از آن ها مدار باز است که دو تا از آن ها برای تغذیه 5 ولتی و دو تای دیگر برای دریافت پالس تریگر و تولید پالس اکو به کار می روند.و در مد دو سه تا از پایه ها استفاده می شود که دوتا برای تغذیه سنسور و یکی برای ارسال و دریافت پالس تریگر و تولید پالس اکو استفاده می شود.در شکل زیر سمت چپ پایه های سنسور را در حالت مود دو نشان میدهد.در این مد تنها یک پایه از میکرو کنترلر برای ارسال و دریافت به سنسور استفاده می شود.

در برنامه زیر از مد دو سنسور برای تشخیص فاصله استفاده شده است.

regfile = "m32def.dat"$
$crystal = 8000000
Dim Zeitmessung As Word
Dim Entfernung As Word

Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portb.4 , Db5 = Portb.5 , Db6 = Portb.6 , Db7 = Portb.7 , E = Portc.7 , Rs = Portc.6
Config Lcd = 16 * 2
Config Pina.2 = Output

Do
    Porta.2 = 0                                             'Port Low
    Pulseout Porta , 3 , 40                                 'Min. 10uS Impuls senden
    Pulsein Zeitmessung , Pina , 3 , 1
    Zeitmessung = Zeitmessung * 10            'mal 10 da Pulsein in 10uS Einheiten Ergebnis ermittelt
    Entfernung = Zeitmessung / 58
    Home
    Lcd "Entfernung: " ; Entfernung
    Waitms 50
Loop
End                                                         'end program

درايور چيست ؟   

   همان طور که مي دانيم  موتور هاي جريان مستقيم براي کار کردن نياز به تغذيه (باياس) دارند . معمولا موتور هايي که براي ساخن ربات هاي دانشگاهي استفاده مي شود با ولتاژ هاي 5 يا 6 يا 9 يا 12 يا 24 کار مي کند . و بسته به مدل ، روش ساخت ، قيمت و ... داراي جريان کشي حدود 100 ميلي آمپر تا 5 آمپر مي باشند . يک روش آن است که آن را مستقيما به باطري وصل نماييم در اين صورت با سرعت نهايي هود و در يک جهت خاص مي چرخد اما در ربات ها ما نياز به کنترل موتور [ روشن و خاموش کردن ، کنترل سرعت ، کنترل جهت و کنترل موقعيت ] داريم  در نتيجه بايد موتور را با استفاده از کنترلر ها ( مدارات منطقي يا مايکروکنترلر ها يا پي ال سي يا رايانه)  کنترل نماييم . آما همان طور که مي دانيم خروجي ميکروکنترلر ها 5 ولت و 2 ميلي آمپر است و نمي تواند موتور را بچرخاند . بنابراين ما نياز به مدارات واسطه براي اتصال کنترلر به موتور داريم . به اين مدارات درايور مي گويند . که اين درايور مي تواند ترکيب رله و ترانزيستور يا آي سي يا مدارات ترکيبي باشد . معمولا براي موتور هاي داراي ولتاژ 5 تا 46 و جريان حداکثر 2 آمپر از آي سي L298N استفاده مي شود . قابل ذکر است با يک آي سي مي توان دو موتور دي سي را همزمان کنترل نمود .

   
ساختمان داخلي L298N 



ترتيب و نام پايه ها ي آي سي L298N   



راه اندازي دو موتور جريات مستقيم به صورت هم زمان با قابليت گردش در دو جهت   

براي راه اندازي ، به دو باطري نياز داريم . يکي براي تغذيه آيسي و ديگري براي تغذيه موتور ها ، منفي دو باطري را با سيم به هم وصل مي کنيم  و آن را «زمين» مي ناميم  يعني مقدار آن صفر ولت ، فرض مي شود . دقت شود  باطري تغذيه موتور ، داراي ولتاژي برابر با ولتاژ موتور  و داراي قابليت جريان دهي بيشتر يا مساوي با جريان مورد نياز  دو موتور باشد . همچنين ولتاژ باطري تغذيه آي سي بايد بين 4/5 تا 7 ولت باشد . براي جلوگيري از سوختن آي سي بايد پايه هاي 2 و 3 و 14 و 15 را با استفاده از ديود محافظت کنيم يعني به هر يک از پايه ها دو ديود وصل مي نماييم . کاتد ديود اول را ( قسمتي که خط دارد ) به سر مثبت باطري تغذيه موتور ، و آند ديود اول را به پايه آيسي وصل مي نماييم  و کاتد ديود دوم را به پايه آيسي و آند ديود دوم را به زمين وصل مي نماييم ( مطابق شکل ) . بهتر است دو سر پايه ورودي موتور را با يک خازن بدون قطب پلاستيکي ظرفيت بالا ، به هم وصل نماييد . سپس طبق آن چه در زير آمده پايه ها را وصل مي نماييم .



پايه شماره يک CURRENT SENSING A

اين پايه را  به زمين ( منفي باطري ) وصل مي نماييم .

پايه شماره دو  OUT PUT 1

اين پايه را به يک سر ورودي پايه ي موتور اول وصل مي نماييم . ( حفاظت توسط دو ديود فراموش نشود)

پايه شماره سه OUT PUT 2

اين پايه را به  سر ديگر پايه ي ورودي موتور اول وصل مي نماييم . ( حفاظت توسط دو ديود فراموش نشود)

پايه شماره چهار   SUPPLY VOLTAGE VS

اين پايه را به سر مثبت باطري تغذيه موتور وصل مي نماييم .

پايه شماره پنج INPUT 1

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره شش ENABLE A

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره هفت INPUT 2

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره هشت GND

اين پايه را به زمين ( منفي باطري ) وصل مي نماييم .

پايه شماره نه LOGIC SUPPLY VOLTAGE VSS

اين پايه را به سر مثبت باطري تغذيه آي سي وصل مي نماييم .

پايه شماره ده INPUT 3

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره يازده ENABLE B

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره دوازده INPUT 4

اين پايه را به يکي از پايه هاي کنترلر وصل مي نماييم .

پايه شماره سيزده OUT PUT 3

اين پايه را به يک سر ورودي پايه ي موتور دوم وصل مي نماييم . ( حفاظت توسط دو ديود فراموش نشود)

پايه شماره چهارده OUT PUT 4

اين پايه را به سر ديگر ورودي پايه ي موتور دوم وصل مي نماييم . ( حفاظت توسط دو ديود فراموش نشود)

پايه شماره پانزده CURRENT SENSING B

اين پايه را به زمين ( منفي باطري ) وصل مي نماييم .



   
کنترل موتور

اکنون مي توانيد با نوشتن برنامه در کنترلر (ميکروکنترلر يا رايانه يا .... ) موتور را به وسيله 6 پايه کنترل نماييد نحوه کار موتور در جدول زير آمده است .

   

 

منبع : سايت تخصصي مهندسي رباتيک  www.robotics-engineering.ir

لینک دانلود کتاب آموزش نرم افزار طراحی مدار پروتئوس.

دانلود

لینک دانلود نرم افزار پروتئوس

دانلود

پسورد فایل فشرده:www.techno-electro.com

برگرفته از سایت: www.techno-electro.com

لینک دانلود کتاب آموزش نرم افزار بسکام

دانلود

پسورد فایل فشرده: www.elecdl.com

برگرفته از سایت:www.elecdl.com

لینک دانلود نرم افزار بسکام

دانلود

پسورد فایل:www.techno-electro.com

برگرفته از سایت:www.techno-electro.com

در این جلسه به شبیه سازی یک روبات مسیر یاب دو سنسوره خواهیم پرداخت.

دانشجویان عزیز شما هم مراحل انجام این کار را همراه با مراحل زیر انجام دهید.

ابتدا سخت افزار روبات را در محیط پروتئوس مطابق با شکل زیر طراحی نمایید.در این شبیه سازی به جای سنسورهای مادون قرمز از یک switch دو حالته استفاده شده است. قطعات مورد نیاز برای شبیه سازی روبات عبارتند از:

1- میکرو کنترلر ATmega32

2- دو عدد motor DC

3- دو عدد switch-spdt

بعد از طراحی این سخت افزار در پروتئوس  به محیط برنامه نویسی بسکام رفته و برنامه زیر را بنویسید.

بعد از نوشتن برنامه مجددا به محیط پروتئوس رفته و برای انتقال برنامه به میکروکنترلر از روش زیر استفاده نمیایید.

 برو رو میکرو کنترلر یک بار کلیک کرده و بعد از چند لحظه مکث مجددا برروی آن کلیک کنید در پنجره باز شده از طریق بخشی که با یک آیکن پوشه مشخص شده است مسیر برنامه خود را به میکرو میدهید.در شکل زیر این پنجره مشاهده می شود.

بعد از انجام این مراحل سخت افزار شبیه سازی شده آماده است. حال در محیط پروتئوس شبیه سازی را اجرا می کنیم تا از صحت عملکرد برنامه مطمئن گردیم.

    همان طور که از اسم پيداست، اين نيز نوعي ديود است که زمانيکه در باياس مستقيم قرار گيرد و جريان مناسب باشد، از خود نور توليد مي کند.
    باياس کردن يعني اتصال پايه هاي قطعه(ديود، ترانزيستور،...) به منبع تغذيه. باياس مستقيم به معناي اتصال صحيح به منبع تغذيه(اتصال پايه‌ي + به قطب + و پايه ي - به قطب - منبع تغذيه) و باياس معکوس به معناي اتصال برعکس مي باشد.
   LEDها مزاياي بسياري نسبت به لامپ هاي معمولي کوچک دارند، از جمله: مصرف بسيار پايين، طول عمر بالا، سرعت قطع و وصل بالا هنگام قطع و وصل شدن منبع تغذيه و... LEDها در رنگهاي مختلفي ساخته مي‌شوند (زرد، سبز، قرمزو...).

   اين قطعه نوعي نمايشگر است که براي نشان دادن عددها و بعضي از حروف کاربرد دارد. طبيعتاً اگر چند 7Segment در کنار هم قرار گيرند مي توانند اعداد و جملات طولاني تري را نمايش دهند.
    ساختار داخلي اين قطعه بسيار ساده است، اين قطعه از 8 LED (7تا براي حروف، يکي هم براي نقطه)ساخته شده که با کنترل پايه هاي آن مي توان با روشن و خاموش کردن LEDهاي مختلف، اعداد و حروف گوناگون را بر روي آن نمايش داد.
 

   اين قطعه به 2 صورت کاتد مشترک و آند مشترک ساخته مي شود. در کاتد مشترک پايه ي – همه ي LEDها به يکديگر وصل شده (طبق شکل) و يک پايه به عنوان پايه ي – همه ي LEDها در اختيار کاربر قرار مي گيرد. کاربر اين پايه را به قطب – وصل مي کند. حال براي کنترل هر LED کافيست کاربر پايه ي متناظر با آن را به + وصل کند. اين کار علي رغم پيچيدگي ظاهري بسيار کار ما را ساده خواهد کرد.

      در 7Segmentهاي آند مشترک روند کار دقيقاً برعکس کاتد مشترک است. يعني کاربر بايد پايه ي متناظر با LED  مورد نظر را به – وصل کند تا LED روشن شود. يک پايه هم به عنوان پايه ي + همه ي LEDها وجود دارد.
  

   ديودهاي مادون قرمز از نظر ساختماني تفاوت زيادي با ديودهاي ديگر ندارند. گيرنده ي مادون قرمز ياIR (InfraRed) معمولاً در باياس – مورد استفاده قرار مي گيرد. اين ديود زمانيکه مادون قرمز از محيط دريافت مي کند، جريان دهي آن در جهت معکوس افزايش مي يابد و زمانيکه مادون قرمز دريافت نکند، جريان دهي آن در جهت معکوس کم مي شود. البته اين جريان بسيار کوچک مي باشد و براي استفاده از آن بايد آنرا به نوعي تقويت کرد. سنسورهاي نوري ما در ساخت ربات ها معمولاً همين ديودهاي نوري مي باشند. روش استفاده از اين ديودها به عنوان سنور (با جريان دهي مناسب) در جلسات آتي توضيح داده خواهد شد.
   فرستنده ي مادون قرمز به صورت مستقيم باياس مي شود(به منبع تغذيه وصل مي شود). البته براي جلوگيري از سوختن آن بايد جريان عبوري را با يک مقاومت که به صورت سري با آن بسته مي شود، کنترل کرد.
   ديود هاي مادون قرمز انواع و اشکال گوناگوني دارند، اما مدلي که ما بيشتر با آن سر و کار داريم از نظر ظاهري کاملاً مشابه LEDهاي سرگِرد مي باشد.

    ترانزيستورها در تقويت جريان خروجي از ICها براي انتقال به ديگر قطعات مانند موتور و رله و.... کاربرد بسار زيادي دارند.

ديود:

   همانطور که مي دانيد ديودها جريان الکتريکي را در يک جهت از خود عبور مي‌‌دهند و در جهت مخالف در مقابل عبور جريان از خود مقاومت نشان مي‌‌دهند(اين مقاومت آنقدر زياد است که تقريباً عايق مي شوند و جرياني عبور نمي دهند).جالبه که بدانيد به همين دليل در سالهاي اوليه ساخت اين وسيله الکترونيکي، به آن دريچه(Valve )هم مي گفتند.

   هنگامي که پايه ي مثبت ديود به قطب + منبع تغذيه(باطري يا هر مولد ديگر) و پايه ي منفي آن به قطب – متصل شود، ديود جريان را عبور داده و اگر برعکس وصل شود تقريباً جريان قطع مي شود.

   براي فعال شدن ديود بايد بين 2 سر آن حداقل 0.6 الي 0.7 ولت اختلاف پتانسيل برقرار شود، يعني اگر کمتر از اين مقدار ولتاژ بر روي آن قرار گيرد، ديود هيچ جرياني را از خود عبور نمي دهد. اين ولتاژ را ولتاژ آستانه (Forward Voltage Drop) مي گويند.

   هنگامي که شما ولتاژ معکوس به ديود متصل مي کنيد(- به + ، + به -)، ديود جرياني بسيار کوچکی از آن را از خود عبور مي دهد، ولي اين مقدار آنقدر کم است که هيچ تاثيري بر مدارهاي ما نخواهد داشت.

   ديود را در مدارهاي شماتيک به شکل نشان مي دهند که ترتيب + و - پايه هاي آن نيز روي شکل مشخص شده.

   دسته ي ديگري از ديود ها به نام ديودهاي زنر(Zener) وجود دارند که از آنها براي تثبيت ولتاژ استفاده مي کنيم. به عنوان مثال با استفاده از اين ديودها مي توان ولتاژ را روي 5V ثابت نگه داشت. ولي ما براي تثبيت ولتاژ از اين قطعه استفاده نخواهيم کرد، زيرا محدوديت هايي دارد که بهتر است به جاي آن از قطعات ديگري مثل رگولاتور استفاده شود. در مورد رگولاتور در جلسات آينده توضيح کاملتري داده خواهد شد.

ظرفيت خازن و ولتاژ مناسب براي خازن ها را کارخانه هاي سازنده معمولاً روي بدنه ي آنها مي نويسند. معمولاً 3 سيستم کد گذاري براي خازن ها وجود دارد:

1- بر روي خازن هاي بزرگ (معمولاً الكتروليتي) ظرفيت و ولتاژ به صورت مستقيم و واضح نوشته شده، مثلاً خازن زير 10V و(1000ميكروفاراد)1000MF است.
M(ميکرو)= 0.000,001= 6- ^10
 n (نانو) = 0.000,000,001 =9- ^10
 p (پيکو) = 0.000,000,000,001=12- ^102- در خازن هاي کوچک مثل خازن هاي عدسي به خاطر کمبود جا اطلاعات رو به صورت خلاصه تر مي نويسند. مثلاً روي يك خازن عدد 103J را مي بينيد، اين سيستم مشابهت زيادي با سيستم کد گذاري مقاومت ها دارد، يعني 2 رقم اول از سمت چپ ، ارقام اول و دوم ،و رقم سوم نيز يک ضريب طبق جدول زير مي باشد.

حرف لاتيني که در آخر نوشته مي شود نيز تلورانس يا ضريب خطا مي باشد(در خيلي از مقاومت ها اصلاً نوشته نمي شود). در زير اين اعداد گاهي ممکنه يک ولتاژ مثل 10V نوشته شود که ولتاژِ کاري خازن است.

به عنوان مثال اگر روي يک مقاومت به ترتيب از چپ به راست نوار قهوه اي، سياه و قرمز باشد اندازه ي مقاومت عبارتست از: يعني اين مقاومت 1000 اهم يا 1 کيلواهم (1K ?)مي باشد.

حلقه ي آخر که معمولاً طلايي يا نقره ايست حلقه ي تلورانس نيز نام دارد که در کار ما خيلي اهميت زيادي ندارد.

به مثال زير توجه کنيد:           نقره اي   4    7   2 پس اين مقاومت 270k يا 270000 اهم مي باشد.