Schaltplan meines ersten Roboters

[ra.graf1988]

Hallo zusammen,
nun habe ich es endlich geschafft. Die erste Version des Schaltplans meines Roboters ist fertig.
Ich wollte euch bitten, ihn euch mal anzusehen und zu schauen, wo Fehler liegen, oder was man noch verbessern kann.
22990

Zur Erklärung:
Der Roboter hat zwei gehackte Servos als Antrieb. SERVO_LINKS und SERVO_RECHTS
und soll drei Betriebsmodi haben: einer Linie folgen, sich per Bluetooth steuern lassen und sich autonom mit einem Sharp Sensor bewegen.

Bei der Spannungsversorgung habe ich Zweifel. Ich habe einfach mal die Beispielbeschaltung aus dem Datenblatt vom L4940 genommen, aber die Kondensatoren sehen irgendwie ziemlich mickrig aus, wenn ich sie mit dem RNControl vergleiche... Was habt ihr für Erfahrungswerte, was sollte ich da nehmen? Als Betriebsspannung +UB sollen 5 bzw. 6 Mignon Ni-MH Akkus dienen.

Im Betriebsmodus Linie folgen soll die Schaltung rechts oben auf einer extra Platine aufgebaut werden und durch die beiden CNY_STECKER miteinander verbunden werden. Mit CNY_ENABLE sollen die IR-Dioden ein und ausgeschaltet werden und ADC0 und ADC1 sollen die Analogwerte der CN70 einlesen.

Im Betriebsmodus Bluetooth will ich den Roboter über mein Handy steuern. Dazu habe ich in Anlehnung an hier:
http://www.robotfreak.de/blog/mikrocontroller/preiswerte-bluetooth-anbindung/44
eine Bluetoothmodul aufgebaut, das auch schon funktioniert.
Ich schließe es über die UART Steckerleiste an.

Im Betriebsmodus Autonom soll sich der Roboter mit dem Sharp Sensor orientieren. Dazu wird dieser auf den SERVO_SHARP_SENSOR gebaut.
Der Sensor wird über die Steckerleiste SHARP_SENSOR angeschlossen und am Sensor selbst mit Kondensatoren KerKo 100 nF und Elko 220 µF (lt. https://www.roboternetz.de/community/threads/33656-GP2D120-mit-Störung-oder-oder-ist-das-Normalbetrieb) entstört.
Der JUMPER_SERVO_ISP soll den Servo während des Flashen schützen.

Mit den mittleren drei Tastern will ich die Betriebsmodi auswählen. Der Stop-Taster soll den Betriebsmodus zurücksetzen, ohne einen Reset auszuführen.

Ja, das war es erstmal soweit. Falls es noch Unklarheiten gibt, fragt einfach.

Ich freue mich schon auf eure Verbesserungsvorschläge.

Grüße

Rainer

[Hubert.G]

Reset über 10k an VCC, 100n nach GND und 330Ohm in Serie zum Taster, entspricht der App-Note 042.
AREF nicht an VCC, nur 100n nach GND.
AVCC wie im Datenblatt beschalten.
Es wäre auch vorteilhaft wenn du im Layout die GND-Leitungen der Servomotoren und der Sensoren trennen würdest. Diesen GND idealerweise erst am Spannungsregler mit dem anderen GND zusammenführen.
Die Beschaltung der Spannungsregler sollte OK sein, vorher könnte ein Elko nicht schaden.

[021aet04]

Ich würde vor IC3 noch eine Diode geben und anschließend ausreichend Puffern oder zumindest einplanen. Servos haben hohe Anlaufströme und könnte den µC resetten (da die Spannung kurz zusammenbricht).

Falls du eine Platine fertigs/fertigen lässt könntest du eine Diode einplanen und diese am Plan kurzschließen. Wenn es nicht funktionieren sollte reicht es wenn du diese Leiterbahn durchtrennst (mit Messer) und eine Diode einlötest.

MfG Hannes

[Besserwessi]

Die beiden IR LED von den Lichtschranken kann man in Reihe schalten - das braucht nur den halben Strom. Den Widerstand muss man ggf. anpassen - der dann kleinere Strom kann aber auch ausreichen. Die Lichtschranken würde ich auch lieber über den Regler vom µC versorgen, nicht zusammen mit den Servos.

Die Schaltung mit den Tastern an den AD Eingang darf auch noch etwas hochohmiger werden. Die Art der Verschaltung geht aber nur für eine Taste gleichzeitig. Mit einer kleinen Änderung könnt man auch gleichzeitiges Drücken erlauben.

Der Sharp Sensor könnt ggf. noch eine Filterung per RC Glied (Elko und kleiner Widerstand) gebrauchen.

[Thomas E.]

Als Betriebsspannung +UB sollen 5 bzw. 6 Mignon Ni-MH Akkus dienen.
Das könnte knapp werden. Bei Nennspannung liefern die Akkus (in Serie verschaltet) 6 x 1,2V = 7,2V, wenn sie weiter entladen werden, können es auch schon 6V werden. Der Spannungseinbruch beim Anfahren der Servos wird auch ziemlich heftig werden, so dass hier ohne starke Elkos warscheinlich nicht sehr viel gehen wird.

[ra.graf1988]

Hey,
Danke für die vielen Verbesserungen und Anregungen!

Also, ich habe jetzt den Reset Taster verbessert und AVCC wie im Datenblatt angeschlossen.
Kann ich als 10µH Induktivität so etwas hier nehmen: http://www.reichelt.de/Fest-Induktivitaeten-axial/L-HBCC-10-/3/index.html?;ACTION=3;LA=2;ARTICLE=86460;GROUPID=31 79;artnr=L-HBCC+10µ;SID=13T80fT38AAAIAAG1jaug5286b25b9a674f0f ed7d34603938982c ??

Hubert, meinst du die Gnd Leitungen aller Sensoren, oder nur der Sharp Sensoren?

Als Puffer für den Spannungsregler habe ich jetzt mal C11 eingefügt. Bei dem Wert 1000µF bin ich mir gar nicht sicher. Nach was kann man den berechnen / abschätzen. Ich habe jetzt mal den Wert vom RNControl1.4 genommen.

Benötige ich so einen Pufferkondensator auch für den zweiten Spannungsregler?

Welchen Nutzen hat eine Diode vor den Spannungsreglern, außer ein Verpolungsschutz?

Ich werde die Platine nicht fertigen lassen, sondern selbst auf Lochraster aufbauen.

Die Spannungsversorgung an den Lichtschranken habe ich auf die Spannungsversorgung des µC umgeändert. Das war ein Copy and Paste Fehler...
Die IR Dioden habe ich nun in Reihe geschaltet (Nach dem RN-Wissen Artikel) die Widerstände muss ich wenn nötig noch anpassen. Bei der Berechnung des Stroms durch die Dioden habe ich noch eine Frage: Ich finde im Datenblatt den maximalen Flussstrom. Wenn ich nun den Widerstand berechnen will. Brauche ich ja eine Flussspannung, oder? Im Datenblatt finde ich nichts... oder vllt. brauche ich mal eine Brille...

bei der Schaltung mit den Tastern am ADC habe ich die Widerstände einfach mal um den Faktor 10 erhöht. Passt das?
Es kann nur eine Taste gedrückt werden. Damit bin ich zufrieden.

Die Entstörung des Sharp Sensors habe ich nun auch in den Schaltplan eingezeichnet. Diese kommt natürlich direkt an den Sensor.

Außerdem habe ich nun noch eine einfache LED eingezeichnet, um dem µC erste Erfolge zu entlocken.

Ich hoffe ich habe jetzt alle eure Vorschläge eingearbeitet, nichts übersehen und vor allem keine neuen Fehler eingebaut .
Hier ist der aktuelle Schaltplan:
23000

viele Grüße

Rainer

[5Volt-Junkie]

Sieht eigentlich ganz gut aus ;)
Würde aber vor jedem Servo die Versorgung mit C's puffern. Der Vorwiderstand für die LED ist etwas überdimensioniert, aber ich vermute, das war in deiner Aussage zu der Anpassung der Vorwiderstände drin ;)

Wo ich bei der Schaltung etwas Bauchschmerzen kriege - die Akkus werden nicht überwacht. Einfach am Spannungsteiler an der Akku-Spannung (nach dem Schalter natürlich) mit einem ADC messen oder wenn ADC zu schade ist, dann mit Hilfe eines Komparators ein digitales Signal beim Unterschreiten der Sollspannung erzeugen. ;)

[021aet04]

Der Plan sieht nicht schlecht aus.

Die Diode vor dem Spannungsregler dient dazu das der µC durch Spannungseibruch nicht resettet, das habe ich aber schon oben geschrieben.

Im Normalfall hast du am Eingang eine ausreichende Spannung, am Ausgang der beiden Spannungsregler 5V. Fährt jetzt der Servo an eine andere Position benötigt dieser einen sehr hohen Anlaufstrom (kurzzeitig). Dadurch bricht die Spannung am Ausgang des Spannungsreglers zusammen und gleichzeitig aber auch am Eingang. Dadurch bricht aber die Spannung am Ausgang des µC Spannungsreglers zusammen und resettet den µC (da dieser eine zu niedrige Spannung hat).

Es gibt 2 Möglichkeiten wie man das verhindert. Entweder eine sehr hohe Kapazität am Eingang oder eben die Diode.

Im Normalfall ist die Spannung überall gleich, nur die Eingangsspannung des µC Spannungsreglers ist um die ca. 0,7V niedriger (mit einer Shottky ist es weniger). Die Spannung zwischen Diode und Spannungsregler musst du noch mit einem Kondensator puffern.

Wenn der Servo jetzt fährt bricht die Spannung vor der Diode kurz zusammen, der Kondensator zwischen D un Spg Regler kann sich jedoch nicht entladen (durch die Diode) und bleibt relativ konstant, somit bleibt die Ausgangsspannung des Reglers konstant. Der Kondensator muss nur groß genug dimensioniert werden das dieser die Zeit überbrücken kann an der zu wenig Spannung vor der Diode ist.

MfG Hannes

[Hubert.G]

Die Induktivität kannst du nehmen.
Einen gemeinsamen GND solltest du für alle Sensoren nehmen die mit dem ADC ausgewertet werden.
Für Pufferkondensatoren gibt es keine genaue Regel. Es kommt da sehr auf den Innenwiderstand der Stromquelle an. 1000µ sind sicher gut.
Der Pufferkondensator wird so ja auch für den zweiten Spannungsregler.
Wenn die Diode nicht nur Verpolungsschutz sein soll, dann brauchst du nach der Diode noch einen Elko. Das wäre für den Spannungsregler des µC wichtig.
Wenn die Motoren einmal mehr Strom ziehen und der Akku einknickt, dann versorgt der Elko kurzfristig den Spannungsregler.
Sie Sharp-Sensoren würde ich auch zum µC Regler dazu schalten, da sie sonst von den Spannungsschwankungen der Motoren beeinflusst werden.
Die Flußspannung der CNY70 Dioden ist 1,25V, die 50mA sind aber maximum.
AREF und AVCC sind nicht richtig. Von L1 auf AVCC, AREF über 100n auf GND.

[ra.graf1988]

Oh je, war wohl doch schon spät...
Hab jetzt AREF und AVCC verbessert.

Ok, dass mit der Diode habe ich verstanden. Habe jetzt mal eine BYV27 verwendet. Ist das in Ordnung? Oder habt ihr da bessere Vorschläge.
Um dann den IC3 auch noch zu Puffern habe ich den C15 eingezeichnet. Muss der dann auch so groß sein, oder würden auch 470µF reichen?
Wenn ich eine Schottky Diode verwenden würde (wie von Hannes vorgeschlagen), wäre der Spannungsabfall über der Diode nicht so groß und ich könnte den IC3 länger betreiben, wenn sich die Akkus entladen oder? Welche Schottky Diode kann ich da nehmen?

Wie würde es aussehen, wenn ich von jedem Servo die Versorgung Puffern würde?
einfach vor jedem Servo-Stecker einen Elko von +5V/1 nach GND? und dann kann ich die Pufferung vor den Spannungsreglern weglassen?
Welche Vorteile würde das bringen?

Wenn ich als LED Vorwiderstand nun 57Ohm nehme sollten 44mA fließen. Könnte aber auch auf 67Ohm gehen, dann wäre ich bei 37mA.
Das würde weniger Strom brauchen...

Zur Spannungsversorgung des Sharp:
Ich bin von Oberallgeier darauf hingewiesen worden, dass die Sharps auch einige Störungen verursachen. Er schreibt hier:
https://www.roboternetz.de/community/threads/36121-Autonom-in-kleinen-Dosen-R2_D03-Nachfolger-R3D01?p=358642&viewfull=1#post358642
Dass er die Sharps und Servos aus der gleichen Spannungsversorgung betreibt.
Was habt ihr für Erfahrungen mit den Sharp Sensoren gemacht? Ist es in Ordnung sie mit der Spannung des µC zu versorgen?

Ja eine Akkuüberwachung hört sich interessant an. Werde mich mal darüber informieren. Hab ja noch einige Pins frei...

Gruß
Rainer

Edit: Ups, aktualisierten Schaltplan vergessen:23016

[Hubert.G]

Als Schottky kannst du eine 1N5818 verwenden, sie muss in dem Fall keine besonderen Eigenschaften haben.
Die Größe des Elko bestimmt die Überbrückungszeit wenn die Spannung der Batterie einknickt.
Elko nach dem Spannungsregler verschlechtern bei dem Typ die Regeleigenschaften, nach Möglichkeit nur die angegebene Größe verwenden.
Die 50mA für die LED der CNY70 sind das maximum, im Normalfall reichen 20mA.
Alles was impulsweise Strom braucht verursacht Störungen. Im Falle der Sharp muss man auf eine gute Führung der Stromversorgungsleitungen achten.
Wenn alle Servos weglaufen wird es für den Spannungsregler ohnehin knapp.

[ra.graf1988]

Gut, wenn ich für die beiden IR-Dioden einen Vorwiderstand von 100 Ohm nehme, dann habe ich einen Strom von 25mA. Das sollte passen.

Ich habe jetzt auch mal die Schottky Diode eingezeichnet.
Um also auf Nummer sicher zu gehen, verwende ich für den Puffer von IC3 auch einen 1000µF Kondensator. Ich kann ja testweise mal einen kleineren ausprobieren.

Hm, mit dem Strom für die Servos. Mit wieviel rechnet ihr denn so? Ich habe die Standard Servos vom C: Modelcraft RS-2.
Das Datenblatt ist ja mal mehr als spärlich...
Mir ist schon klar, dass die Stromaufnahme von der Belastung abhängt, aber wie soll ich das denn abschätzen. Also Drehmoment mit meinen Reifen berechnen ist auch klar, aber wie komme ich dann auf den Strom, den die brauchen.
Oder schätz man das als erfahrener Benutzer einfach ab.
Die L4940 können ja max. 1,5A. Gibt es da auch einen ähnlichen Regler, der mehr kann, oder soll ich einfach noch einen dritten verbauen?

[Hubert.G]

Unter Last brauchen die Motoren sicher mehr als 500mA.
Wenn du 7V von den Akkus hast, dann verbraten die Regler bei 1A etwa 2W. Da brauchst du schon einen ordentlichen Kühlkörper damit sie nicht w.o. geben.
Die 1,5A sind da nur für sehr kurze Spitzen.

[Besserwessi]

Der Regler ist schon für 1,5 A spezifiziert. Für kurze Spitzen kann es ggf. sogar etwas mehr sein.

Es gibt auch noch etwas stärkere Regler, z.B. LT1083-LT1085. Die haben allerdings etwas mehr dropout-spannung - bei 7 V vom Akku sollte es noch reichen, bei 6 V (5 Zellen) wird es aber schon knapp. Die Servos sind auch nicht so kritisch bei kleineren Einbrüchen.
Für 2 W an Verlustleistung sollte schon ein Kühlkörper dran sein - besonders groß muss der aber noch nicht sein.
Den Strom für die Servos findet man ggf. im Datenblatt oder misst ihn nach. Je nach Servo geht es ggf. auch ohne Regler an 6 V - auch das steht ggf. in der Anleitung der Servos.

Bei den IR Dioden hängt es vom optischen Aufbau ab. Wenn da nicht viel Störlicht zu erwarten ist, darf der Strom auch noch kleiner sein.

[ra.graf1988]

Eine neue Version: 23029

Ich habe nun einen weiteren Taster eingefügt, falls ich noch eine weiteres Programm einbauen will.
Außerdem sind die Schraubklemmen zu den Akku Packs eingezeichnet.
Da habe ich nun einen Spannungsteiler eingefügt, der Einfachheit halber teilt er die Spannung auf die Hälfte. Diese kann dann mit dem ADC4 gemessen werden.
Als Spannungsversorgung kommen jetzt 6 NiMH Akkus zum Einsatz.

Da der dritte Akku nur den Sharp Sensor bewegen muss, vertraue ich einfach mal darauf, dass der eine Spannungsregler die Servos versorgen kann. Vllt. Darf ich dann halt nicht gleich Vollgas geben. Wenn es wirklich nicht geht, kann ich ja noch einen zweiten Regler einbauen.

Wenn das alles nun soweit stimmt, mache ich mich mal an das Layout meiner Lochraster Platine!

Danke schon mal an alle die mir geholfen haben! Ich werde euch auf dem Laufenden halten...

Gruß

Rainer

[021aet04]

Bei ADC3 und 4 könntest du noch einen 100nF Kondensator einplanen, falls du Störunen hast. Ob du ihn bestückst oder nicht bleibt dann bei dir. Besser ist haben als hätten.

MfG Hannes