docZłącze IrDA pomiędzy robotem Khepera a komputerem
download 
Reklamacja Transkrypt
Złącze IrDA pomiędzy robotem Khepera a komputerem
Projekt złacza podczerwonego IRDA pomiedzy robotem Khepera, a komputerem Tomasz Sulka 13 grudnia 2000 1 Spis treści 1 Wstep 2 Podzespoły uźyte w projekcie 2.1 IrDA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2 TOIM3232 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Parametry transmisji . . . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Programowanie parametrów transmisji danych 3 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Realizacja projektu 3.1 Układ od strony komputera . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Wymuszenie określonej predkości przesyłania danych . . . . 3.1.2 Zabezpieczenie układu przed zakłóceniami pochodz acymi od diody nadawczej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.3 Zasilanie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2 Układ od strony Khepery . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Wymuszenie określonej predkości przesyłania danych . . . . 3.2.2 Zabezpieczenie układu przed zakłóceniami pochodz acymi od diody nadawczej . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.3 Zasilanie układu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 3 3 3 4 4 4 4 4 5 5 4 Dokumentacja 4.1 Zasieg . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.2 Rysunki i Schematy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 6 7 Uwagi i Wnioski 7 5 5 6 2 1 Wstep Zadanie projektowe polegało na stworzeniu dwóch układów odbiorczo-nadawczych uźywajacych do transmisji danych fali podczerwonej. Układy te miały stanowić swoiste lustro przenoszace dane z i do KHEPERY. Realizacja nie polegała jednak na stworzeniu schematów tych układów od zera, naleźało zaprojektować układ, który miał za zadanie ustawić domyślna predkość transmisji danych oraz układ filtrujacy pulsacje powstałe podczas zasialania diody nadawczej (w układzie robota). W całości natomiast naleźało zaprojektować rozmieszczenie elementów i połaczeń na uniwersalnej płytce właczonej jako urzadzenie nadawczo-odbiorcze KHEPERY. 2 Podzespoły uźyte w projekcie Dokładny opis najwaźniejszych podzespołów moźna odnale”xć w pozycjach [1] i [2]. 2.1 IrDA Jest to układ emitujacy oraz odbierajacy sygnały w formie IrDA, czyli w formie krótkich impulsów w paśmie podczerwonym. Kaźdy impuls odpowiada tylko jednemu bitowi danych. Forma w jakiej przesyłane sa dane jest wynikiem przekształcenia dokonanego w układzie TOIM2323. 2.2 TOIM3232 Układ do przekształcania sygnałów otrzymanych w formie standardu IrDA, do formatu zrozumiałego przez RS232 i odwrotnie. 2.2.1 Parametry transmisji W celu rozpoczecia nadawania sygnałów naleźy ustawić odpowiednia predkość przesyłania danych. Po podaniu sygnału wysokiego na wejście RESET wszelkie wewnetrzne rejestry układu sa kasowane oraz ustawiane sa domyślne parametry transmisji. Predkość ma wartość 9600 bit/s, natomiast szerokość impulsu wynosi 1 627µs. Nastepnie TOIM2323 wchodzi w tryb zapisywania danych. Gdy na wejściu RESET pojawi sie stan niski układ wychodzi z trybu zapisywania i zaczyna pracować z domyślnymi parametrami transmisji. Isnieje moźliwość sterowania pinem RESET poprzez sygnały RTS lub DTR. Minimalny czas trwania stanu wysokiego na wejściu to 1µs. 2.2.2 Programowanie parametrów transmisji danych W celu zmiany parametrów transmisji danych musimy podać na wejście BR D stan wysoki. W tym przypadku dane otrzymane z portu RS232 sa interpretowane jako słowo kontrolne, które programuje nowe wartości predkości transmisji oraz szerokości impulsów. Nowe parametry stana sie aktywne wtedy gdy na wejściu BR D pojawi sie stan niski. 3 3 Realizacja projektu 3.1 Układ od strony komputera 3.1.1 Wymuszenie określonej predkości przesyłania danych Wykorzystujac właściwości układu TOIM3232 (domyślne parametry transmisji), moźna ustawić predkość oraz szerokość impulsów sprzetowo. W przypadku braku jakichkolwiek wymuszeń od strony sygnału BR/D (podłaczamy go do masy), utrzymujac stan wysoki na wejściu RESET przez okres conajmniej 1µs, układ ustawi standardowa predkość 9600bit s oraz szerokość impulsów 1 627µs. Uzyskanie czasu wymaganego przez RESET zostało zrealizowane za pomoca układu RC o stałej czasowej 56µs (Rres 560Ω Cres 100nF). W przypadku właczenia napiecia zasilajacego na wejściu RESET układu, pojawi sie sygnał o postaci przedstawionej na rysunku 1. Wykres ten przedstawia teoretyczna zaleźność, wykreślona na podstawie symulacji w programie MATHEMATICA. Na jego podstawie moźemy stwierdzić, źe czas trwania sygnału wysokiego napewno przekracza minimalny czas wymagany przez układ TOIM3232. U[V] 5 4.5 4 3.5 1 2 3 4 t[us] 5 Rysunek 1: Sygnał reset 3.1.2 Zabezpieczenie układu przed zakłóceniami pochodzacymi od diody nadawczej W tym przypadku nie było konieczne zastosowanie układu filtrujacego ze wzgledu na duźa wydajność ”xródła zasilania. 3.1.3 Zasilanie Układ ten moźe być zasilany w dwojaki sposób: – tylko napieciem V cc 5V , – dwoma napieciami V cc 5V oraz V ss 12V W pierwszym przypadku zasilany jest cały układ odpowiedzialny za przetwarzanie sygnałów, ich odbieranie oraz wysyłanie. W drugim wypadku dodatkowo zasilany 4 jest układ odpowiedzialny za wzmocnienie sygnału nadawanego (obwód z diodami D4 D5 D6 w schemacie na rys. 8). 3.2 Układ od strony Khepery 3.2.1 Wymuszenie określonej predkości przesyłania danych Zostało tak samo zrealizowane jak w układzie od strony komputera. Patrz punkt 3.1.1. 3.2.2 Zabezpieczenie układu przed zakłóceniami pochodzacymi od diody nadawczej Poniewaź układ nadawczo-odbiorczy jest zasilany z tego samego ”xródła zasilania co cały robot, dlatego naleźłoby wziać pod uwage spadki napieć, pochodz ace od zasilania dodatkowej diody nadawczej D3. W celu zmniejszenia pulsacji z tym zwiazanych, do układu wprowadzony został filtr RV ccCV cc (schemat rys. 7). Idea zabezpieczenia polega na dobraniu takich wartości parametrów filtru, aby pulsacje napiecia na diodzie były jak najmniejsze. Na wykresie (rys. 2) znajduja sie teoretyczne przebiegi napieć na diodzie nadawczej D3 dla dwóch róźnych kombinacji parametrów: – dla RC1 RV cc – dla RC2 RV cc 25 5Ω R0 51Ω R0 5 6Ω CV cc 5 6Ω CV cc 2µF, 1µF, Przebiegi pradowe wykreślone na wykresach (rys.2) oraz (rys.3) wyznaczaja tylko chwile, w której w obwodzie diody D3 płynie prad. Nie jest natomiast wyskalowana wartość maksymalna. Dlatego nie naleźy mylnie odczytywać wartości z podziałki. U[V], I 5 RC1 4 RC2 3 2 1 przebieg pradowy 50 100 150 t[us] 200 Rysunek 2: Filtr - wybór parametrów Rysunek 3 przedstawia teoretyczny przebieg napiecia przy wyborze najlepszych parametrów spośród wybranych przy wcześniejszych symulacjach. Sa to: RV cc 25Ω R0 5 6Ω CV cc 2µF. 5 U[V], I 5 przebieg napieciowy 4 3 2 1 przebieg pradowy 50 100 150 200 t[us] Rysunek 3: Filtr - najlepszy przbieg napieciowy 3.2.3 Zasilanie układu Ze wzgledu na zabezpieczenia istniejace w KHEPERZE nie była moźliwa realizacja projektu w pierwotnej wersji. Mianowicie nie moźa było zasilić układu z wejścia znajdujacego sie w gniazdku na górze robota (patrz rys. 5). Wyjściem z tej sytuacji było doprowadzenie zasilania poprzez dodatkowy przewód z pinu na KHEPERZE. W przypadku wykorzystania projektu do innych urzadzeń nie jest konieczne wykorzystanie tego przewodu, poniewaź do wtyczki jest doprowadzona ścieźka napiecia V cc (patrz rys. 6). Naleźy jedynie do pasujacego gniazdka doprowadzić odpowiednie sygnały tak jak na rysunku 5. 4 Dokumentacja 4.1 Zasieg Niestety urzadzenie nadawczo-odbiorcze ma pewne wady wynikajace z budowy. Poniewaź zasieg wysyłanych sygnałów jest ograniczony w szczególności dla urzadzenia umieszczonego na Kheperze, naleźy dobrać: l maksymalna długość promienia wodzacego, przy którym moźliwa jest transmisja, A maksymalny kat, przy którym moźliwa jest transmisja. Na podstawie kilku doświadczeń moźna stwierdzić, źe wartości wybrane z przedziałów: A 450 oraz l 60cm sa odpowiednie (patrz rys. 4). 6 NADAJNIK i ODBIORNIK l A h KHEPERA Rysunek 4: Rozmieszczenie 4.2 Rysunki i Schematy Na rysunku 5 przedstawiony został schematyczny widok robota KHEPERA z góry wraz z opisem poszczególnych wejść w gniazdku. Naleźy przy tym nadmienić, źe wejście V cc ma zabezpieczenie uniemoźliwiajace zasilanie układów zewnetrznych z akumulatorka KHEPERY. Istnieje natomiast moźliwość podłaczenia zewnetrznych układów zasilajacych. Vcc RxD TxD GND Rysunek 5: Schematyczny widok z góry robota KHEPERA Na rysunku 6 przedstawiony jest schemat połaczeń oraz rozmieszczenie elementów na płytce instalowanej na robocie. 5 Uwagi i Wnioski Projekt ze wzgledu na swoja budowe moźe być zastosowany nie tylko do transmisji danych pomiedzy PC a KHEPERA. Uniwersalność inicjacji obydwu układów (tzn. ustawianie predkości transmisji danych ) umoźliwia zastosowanie ich do wszelkich urzadzeń, które komunikuj a sie poprzez złacze szeregowe RS232 z predkościa 9600bit s. 7 CB2 C4 R4 Ro RVcc CVcc TOIM 3232 C1 C2 R1 CB1 1 Rres Cres Rxd C3 GND GND Txd Vcc Rysunek 6: Płytka Bibliografia [1] TEMIC Semiconductors 4500 Series ”Integrated Infrared Transciever Module IrDA” [2] TEMIC Semiconductors TOIM3000/3232 ”Infrared IrDA Integrated Interface Circuits” 8 VCC RD232 C res 100n C VCC 2u R res 560 R VCC 25 VCC TD232 2 VCC C2 100n S1 RESET C2 22p D3 IR LED 15 12 13 S2 9 TDLED 10 TRLED 14 TDIR 11 NC 5 VCC_SD 3 RD232 4 TD232 16 VCC 8 GND 6 X1 7 X2 C1 10u RDIR BR/D 1 2 5 C3 22p IRA SC GND NC VCC 7 TXD IRC 4 CB2 100n 3 1 C4 10u IFDS4000 R4 100 X1 3.68Mhz R0 5R6 8 6 TOIM3232 RXD R1 100k VCC Rysunek 7: Schemat od strony Khepery VCC TD232 RD232 C res 100n VCC R res 560 VPP R7 51 R5 5R1 2 VCC BR/D 1 3 C1 47u RDIR RESET S1 RD232 S2 4 TD232 16 VCC 8 GND 6 X1 7 X2 C2 100n 12 13 2 9 TDLED 10 TRLED 14 TDIR 11 NC 5 VCC_SD C2 22p D3 TSHF5400 15 X1 3.68Mhz IRA SC GND NC VCC TXD IRC D4 TSHF5400 5 6 7 4 CB2 100n 3 1 C4 10u IFDS4000 TOIM3232 C3 22p RXD 8 R4 100 R1 100k D2 D1 D5 TSHF5400 VCC D6 TSHF5400 C11 47u T1 BS170 C11 100n R8 220k C5 1u C7 1u 1 3 4 RD232 TD232 C1+ VCC C1- V+ C2+ 5 C211 T1IN 10 T2IN 12 R1OUT 9 R2OUT VT1OUT T2OUT R1IN R2IN GND C8 1u VCC VPP C9 1u 16 2 6 14 7 RXD_PC TXD_PC RTS_PC 13 8 RI_PC C6 1u D7 CTS_PC R3 270 DSR_PC R2 270 RLSD_PC DTR_PC GND VCC 15 MAX232 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 Rysunek 8: Schemat od strony PC 9 DB25F
