[Kurs] Przepis na robota - Minisumo dla każdego - część 2

[Nawyk]

• W poprzedniej części artykułu omówiłem dość szczegółowo elementy i narzędzia niezbędne do wykonania opisywanego robota. Pokazałem też, w jaki sposób wykonać PCB, które na tym etapie powinno już być dokładnie sprawdzone pod względem zgodności ze schematem.
  
• 
  
• Po raz kolejny podkreślam - 99% problemów związanych z uruchomieniem i działaniem konstrukcji wynika z nieprawidłowych połączeń, a jedynie bardzo rzadko się zdarza, by winę ponosiły uszkodzone fabrycznie elementy. Podczas lutowania i montażu warto na każdym etapie od razu przeprowadzać inspekcję płytki, w szczególności, czy luty przewodzą i czy nadmierna ilość rozlanej cyny nie spowodowała nieporządanych zwarć.

• Część I - Wstęp i wykonanie PCB
  
• Część II - Lutowanie i montaż
  
• Część III - Uruchomienie i programowanie

Jak lutować?

Podejrzewam, że skoro zabraliście się za taki projekt, to mieliście już do czynienia z lutownicą. Nie mniej jednak, zwłaszcza tym "wątpiącym" jeszcze w swoje siły, polecam obejrzeć poniższy film. Prawidłowe lutowanie jest pokazane od ok. 3 minuty, wcześniej można zobaczyć, jakie są najczęstsze błędy początkujących elektroników.

Polecam także poczytać sobie ten poradnik lutowania.

Pamiętaj, że lutowanie każdej płytki powinno odbywać się w określonej kolejności. Zawsze zaczynaj od najniższych elementów, w szczególności tych, które znajdują się pod innymi - np. zworki pod złączem albo rezystorów pod podstawką układu scalonego. Sprawa oczywista dla większości z nas, ale być może ta informacja zaoszczędzi komuś sporo czasu poświęconego na rozlutowywanie i ponowne lutowanie podzespołów.

Lutowanie i montaż elektroniki

Kładziemy płytkę robota tak, jak to widać na zdjęciach (ścieżkami do dołu). Zrzut ekranu z Eagle'a pokazuje zbliżoną perspektywę, czyli widok z góry, przy czym samo tworzywo z laminatu jest traktowane jako "przeźroczyste". Powinno to ułatwić zlokalizowanie miejsca do montażu elementów.

Przypominam, że wszystkie wymienione części są dostępne w sklepie Botland.com.pl w formie zestawu.

Zaczynamy od tzw. zworek. Zworki można wykonać z odciętych końcówek elementów (np. rezystorów), ze srebrzanki albo po prostu kawałków przewodów - im mniej wystają nad płytkę, tym na ogół lepiej. Zwłaszcza w naszym przypadku, część z nich będzie się znajdować pod innymi elementami, więc tym bardziej nie powinny zajmować zbyt dużo miejsca.

Następnie lutujemy rezystory. Nie sugerujcie się kodem paskowym rezystorów na zdjęciu, bo wkradł się mały błąd i nie miałem jak potem tych zdjęć poprawić. Wartości na zrzucie ekranu z Eagle'a są prawidłowe. Prądy płynące przez te elementy są niewielkie, więc tak naprawdę nie ma znaczenia, czy posiadacie obudowy 1/4 czy 1/2W. Miejsce jest pod te większe, jako, że są najpopularniejsze i przez to najłatwiej dostępne. Jeśli nie macie rezystora 20k, to w jego miejsce równie dobrze można zamontować 10k.

Dławik powinien mieć kształt rezystora. Są również dławiki nawinięte na rdzeń ferrytowy, nie ma to w tym przypadku większego znaczenia, ale mogą nie pasować do otworów w płytce. W skrajnych przypadkach, gdy np. nie udało się Wam dostać go w sklepie, można zastosować zworkę, nie powinno to znacząco wpłynąć na odczyty z czujników, aczkolwiek wiadomo - lepiej dmuchać na zimne 🙂

Lutujemy kondensatory ceramiczne 100nF. Służą one do filtrowania napięcia z tzw. szpilek napięciowych, więc dobrze, jeśli nie będą miały zbyt długich "nóżek". Kondensatory ceramiczne nie są spolaryzowane, więc nie ma znaczenia jak je wlutujemy.

Rezonator kwarcowy posłuży nam jako zewnętrzne źródło taktowania dla mikrokontrolera. Razem z kondensatorami ceramicznymi 22pF powinien znajdować się jak najbliżej układu, więc ponownie staramy się lutować te elementy jak najbliżej płytki. Obudowa "niska" zajmuje mniej miejsca, ale wysoka też będzie tu pasować. Dodam tylko, że rezonator również nie jest spolaryzowany i nie ma znaczenia, która nóżka znajdzie się w którym z otworów.

Kolejny krok to podstawki do mikrokontrolera Atmega8 i mostków H L293DNE. Na czas lutowania nie montujemy samych układów w tych podstawkach, żeby uniknąć ich przegrzania. Dodatkową zaletą podstawej jest możliwość łatwej wymiany scalaków, jeśli coś im się stanie podczas uruchamiania lub pracy robota. Zwróćcie uwagę na wgłębienia/oznaczenia na jednej z krótszych ścianek - są bardzo istotne, więc wlutujcie je tak, jak na rysunku. Przycisk tact-switch zmieści się tylko montowany w jednej z dwóch pozycji (każdej prawidłowej) - nóżki powinny wychodzić z niego po lewej i prawej stronie tak, żeby zwierał odpowiednie ścieżki na płytce.

Montaż diod LED jest minimalnie bardziej problematyczny. Aby ułatwić Wam zadanie, dodałem obrazek przedstawiający sposób rozpoznawania anody i katody ("+" i "-"). W praktyce bywa różnie, więc najlepiej byłoby podłączyć nasze diody przez rezystor 1k do zasilacza 5V, żeby się upewnić co do polaryzacji. Zwróćcie uwagę, że diodę na środku płytki przylutowałem na dłuższych nóżkach - chodziło o to, żeby wystawała nieco ponad Atmegę8 i była lepiej widoczna.

Złącze programatora posiada "szczelinę" pasującą do wtyczki IDC10 KANDA standardowej taśmy. Upewnijcie się, żeby była ona po tej samej stronie, co na zdjęciu/obrazku.

Złącze silników zasadniczo można wlutować dowolnie - i tak później zawsze można w programie "zamienić miejscami" sygnały podawane na każdy z pinów. W ten sposób jedynie ułatwicie sobie wyjmowanie i wkładanie wtyku silników. Jeśli nie posiadacie złącza na przewodach od silników, można te przewody wlutować bezpośrednio w otwory na płytce.

Następnie lutujemy włącznik główny robota. Otwory na PCB będą pasować do kilku ich rodzajów z wyprowadzeniami w rastrze 2,54mm (standardowy "goldpinowy"), ale nic nie stoi na przeszkodzie, by zastosować dowolny włącznik, lutując go za pomocą przewodów i mocując w innym miejscu na płytce.

Stabilizator proponuję przylutować na razie pionowo do góry; później może się okazać, że ośki z silników będą się o niego ocierać (o ile kupiliście silniki z przedłużonymi ośkami, w "normalnych" nie będzie tego problemu - ja posiadałem na stanie tylko te pierwsze). Na płytce jest miejsce, żeby przymocować stabilizator na "płasko", przykręcając go do laminatu śrubką M3 albo M4, żeby lepiej odprowadzał ciepło. W praktyce prąd płynący przez stabilizator jest na tyle niewielki, że takie chłodzenie nie jest wymagane.

Montaż czysto mechaniczny - korzystając z obudów pasujących do mikrosilników Pololu, montujemy je równo na płytce. Chodzi o to, żeby założone koła były równoległe do siebie i do osi symetrii płytki PCB. Od spodu można zastosować podkładki, ale jesli wywiercone otwory są dostatecznie małe i "łebki" śrub mają oparcie na laminacie - nie ma takiej potrzeby.

Po montażu silników, lutujemy elektrolity. Są wysokie i - w zależności od modelu - mogą wchodzić lekko na silniki, stabilizator lub włącznik. Staramy się zamocować je tak, żeby nie kolidowały z żadnym innym podzespołem i umożliwiały późniejszy demontaż silników (w ramach np. serwisowania robota). Polaryzacja kondensatorów jest kluczowa! Zwróćcie uwagę na to, żeby nóżka przy pasku "-" znajdowała się w odpowiednim otworze. Jeśli podłączycie k. elektrolityczny odwrotnie, to po pewnym czasie zacznie syczeć, wycieknie z niego elektrolit, a w skrajnych przypadkach może nawet wybuchnąć!

Następnie lutujemy kondensatory filtrujące zasilanie dalmierzy optycznych. Nie zaszkodzi przylutować oba, nawet jeśli chcecie użyć tylko jednego dalmierza.

Czas na podłączenie złącza akumulatora. Obojętnie, czy stosujecie LiPo, czy koszyki na baterie AA, kolor przewodów powinien oznaczać to samo - czerwony to "+", a czarny to "-". W razie potrzeby można oczywiście powiększyć otwory na płytce.

Czas na najtrudniejszy montaż elementu, "chwila prawdy" dla początkujących elektroników 🙂 Lutujemy dwa czujniki linii, transoptory odbiciowe CNY70. Problem polega na tym, że montujemy je od spodu płytki i dostęp do nóżek jest ograniczony. Prawdopodobnie nadtopicie w kilku miejscach obudowy tych elementów, ale nie powinno to wpłynąć na ich pracę. Najprościej jest postawić płytkę pionowo (używając np. tzw. trzeciej ręki z "krokodylkami"), a następnie nóżka po nóżce lutować, obracając płytkę tak, żeby łatwo można było dotknąć grotem lutownicy kolejnych wyprowadzeń transoptora. Cynę można dostarczać do miejsca styku z drugiej strony, pod czujnikiem. Wymaga to pewnej wprawy, więc przygotujcie się na długie boje, o ile nie macie zbyt dużego doświadczenia.

Gdy już przylutujecie czujniki, można sprawdzić multimetrem ustawionym na test ciągłości obwodu, czy nie ma pod czujnikiem zwarć i czy wszystkie jego nóżki są przylutowane. Sprawdzamy to przykładając jedną sondę do poszczególnych wyprowadzeń CNY70 od strony laminatu (o ile wystają nad płytką), a drugą odpowiednio do nóżek sąsiednich rezystorów albo do rozlanego pola masy - popatrzcie, z czym transoptor jest podłączony na zrzucie ekranu z Eagle'a. Gdy już upewnimy się, że czujniki są prawidłowo zamontowane, możemy podłączyć robota do zasilania, a następnie "spojrzeć" przez dowolny aparat cyfrowy na spód płytki. Działające czujniki będą świecić na taki dziwny, fioletowy kolor - gołym okiem tego nie dostrzeżecie.

Czas na ostatni element, czyli czujnik odległości. Potrzebujemy 3-żyłowego przewodu, opcjonalnie może to być dedykowany do tego celu przewód ze złączem pasującym do dalmierzy sharpa, ale nie jest to konieczne. Patrząc po kolorach na zdjęciach, możecie sami odgadnąć który sygnał gdzie powinien być podłączony.

Na koniec można czujnik przymocować do płytki odrobiną zwykłego kleju, kleju na gorąco lub kawałkiem tasmy dwustronnej. Jeśli chcecie użyć dwóch czujników, to drugiego sharp'a podłączamy analogicznie - sygnały są wyprowadzone tak samo.

Pług

Została jeszcze jedna ważna sprawa, związana z montażem robota. Potrzebujemy mechanicznego elementu, który pomoże robotowi "spychać" przeciwników poza ring, a także uniesie przód robota na odpowiednią wysokość tak, by czujniki linii nie opierały się na podłożu. Mowa oczywiście o pługu. Koncepcji kształtu pługu jest mnóstwo, warto spojrzeć chociażby do działu Minisumo katalogu robotów i popatrzeć, jak rozwiązali ten problem inni konstruktorzy. Ja, na potrzeby kursu, wybrałem opcję najprostszą i najszybszą w montażu. Wyciąłem z blachy odpowiedni kształt o wymiarach zewnętrznych ok. 10 x 3cm i wygiąłem go w sposób widoczny na zdjęciach poniżej. Całość trzyma się na dwóch śrubach M3, które dociskają przez podkładki dwa metalowe "skrzydełka" do płytki drukowanej. Nie jest to rozwiązanie najefektywniejsze, dodatkowo dalmierz praktycznie nie jest chroniony, ale ponownie - na potrzeby kursu w zupełności to wystarczy. Pomysły na zmianę tej koncepcji i eksperymenty pozostawiam Wam.

Więcej o mechanice możecie dowiedzieć się z artykułu "Podstawowa teoria fizyczna związana z robotami, na przykładzie robota Minisumo".

• Na tym etapie zakończę dzisiejszą część kursu. Raz jeszcze warto posprawdzać wszystkie połączenia (tego nigdy za wiele), oszczędzicie sobie wielu wyrwanych włosów, gdyż w następnym odcinku zajmiemy się już programowaniem robota. W ramach przygotowań do kolejnego etapu, warto zapoznać się z forbotowym

kursem programowania w BASCOM-AVR. Pierwszą część artykułu można znaleźć tutaj

[antwito]

Świetny ten kurs! 🙂

Jeśli podłączycie k. elektrolityczny odwrotnie, to po pewnym czasie zacznie syczeć, wycieknie z niego elektrolit, a w skrajnych przypadkach może nawet wybuchnąć!

Dla niedowiarków 😉

Pozdrawiam!

[Marcinas]

Fajny kurs na pewno przyda się wielu początkującym kupa dobrej roboty .

Jednak szkoda ,że przyszła część 3 nie będzie posiadała opisu w języku C a tylko w jednym języku. 🙂

[Treker (Damian Szymański)]

Zależnie od zainteresowania jakim będzie cieszył się kurs pomyślimy o kontynuacji 🙂

[Polecacz 101]

Produkcja i montaż PCB - wybierz sprawdzone PCBWay!
   • Darmowe płytki dla studentów i projektów non-profit
   • Tylko 5$ za 10 prototypów PCB w 24 godziny
   • Usługa projektowania PCB na zlecenie
   • Montaż PCB od 30$ + bezpłatna dostawa i szablony
   • Darmowe narzędzie do podglądu plików Gerber
Zobacz również » Film z fabryki PCBWay

[Harnas]

Miałem kiedyś przypadek że wybuchł mi elektrolit. Słyszałem syk, przyłożyłem ucho i korpus kondensatora przeleciał mi tuż obok głowy i gdyby nie sufit przeleciałby jakieś 8 metrów. Potem czekało mnie jeszcze oczyszczenie płytki z drobinek papieru, który rozprysł się dosłownie wszędzie.

Fajnie że teraz dla wielu nowych tematów na tym forum, najszybszym rozwiązaniem będzie ten kurs.

[fazi787]

antwito, nie tylko kondensator może wybuchnąć. Oto wybuchająca dioda 🙂

https://www.youtube.com/watch?v=Y9DdlPd8q1Q

I jeszcze kilka fotek po całym zdarzeniu:

[elektryk123]

Treker,

Czegoś tu nie rozumiem. W liście zakupów w 1 części, nie ma nic o rezystorze 20k, a tu jest i trzeba przylutować...

[Treker (Damian Szymański)]

Treker,

Coś tu nie rozumie.

Czego nie rozumiem? Chyba, że to literówka 🙂 Tymbardziej, że nie ja jestem autorem tego artykułu.

[elektryk123]

Treker,

Sorki 😃

Nawyk,

Czegoś tu nie rozumiem. W liście zakupów w 1 części, nie ma nic o rezystorze 20k, a tu jest i trzeba przylutować...

[Nawyk]

Zamiast 20k może być 10k, po prostu chwilowo nie było wartości 20k w sklepie. To nie jest jakaś kluczowa wartość, różnicy nie poczujesz. Dodałem odpowiednie info w treści artykułów

[komar93]

Czy zamiast kondensatorów ceramicznych 22pF mogę użyć 100nF ?

[MirekCz]

Czy zamiast kondensatorów ceramicznych 22pF mogę użyć 100nF ?

Nie.

[komar93]

Witam podczas wyrabiania płytki zerwałem ścieżkę którą chciałem naprawić prowadząć kawałek drucika, problem w tym, że z jednego oczka rozgałęzia się na dwa do stabilizatora napięć. Czy jest jakaś możliwa naprawy tego ? Po włączeniu zasilania jest zwarcie iskry, fajerwerki itp. Pozdrawiam

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd08c28fe53960.png

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd0bd68e251606.jpg

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd0a7327bb72.jpg

[skmskm]

Witam podczas wyrabiania płytki zerwałem ścieżkę którą chciałem naprawić prowadząć kawałek drucika, problem w tym, że z jednego oczka rozgałęzia się na dwa do stabilizatora napięć. Czy jest jakaś możliwa naprawy tego ? Po włączeniu zasilania jest zwarcie iskry, fajerwerki itp. Pozdrawiam

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd08c28fe53960.png

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd0bd68e251606.jpg

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cd0a7327bb72.jpg

Po prostu odizoluj kawałek przewodu tak ze 2cm obcynuj następnie przylutuj jeden koniec potem drugi i dopiero wtedy odetnij resztę, ja tak zwykle uszkodzone elektroniki naprawiam.

[komar93]

Poprawiłem nadal strzela 😃

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cee23ee6013107.jpg

https://www.forbot.pl/forum/upload_img/obrazki/IMG_545cee3e28dd51908.jpg