ملزومات الکترونیکی طراحی ربات هوشمند

ملزومات الکترونیکی طراحی ربات هوشمند:
طراحی ربات هوشمند از نظر الکترونیکی معمولا به 6 دسته تقسیم می شود.

کنترل موتور:
عملیات این گروه مربوط به کنترل موتور ها و سروها است. رله ها، ایجاد سیگنال PWM و ساخت پل H نیز مربوط به این طبقه می شود.

مخابرات:
در این دسته به برقراری ارتباط بین کنترل کننده ربات، یک کامپیوتر خارجی یا یک ربات دیگر و یا کنترل از راه دور پرداخته می شود.

خواندن اطلاعات سنسورها:
این دسته به خواندن اطلاعات فراهم شده توسط سنسورها، برای استفاده در میکروکنترلر مربوط است.

کنترل کننده:
انواع مختلف میکروکنترلرها شامل بردهای میکروکنترلری، بردهای میکروپروسسوری و بردهای منطقی در این گروه جای دارند.

مدیریت توان:
این قسمت مسئول تولید ولتاژ ثابت 5 ولت یا 12 ولت DC و یا هر سطح ولتاژ دیگری است که از باتری خارج می شود. همچنین شامل مداری برای پایش وضعیت باتری می شود.

مدارات منطقی:
بخشی که منجر می شود تا قسمت های مختلف ربات با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. مثالی از این قسمت مبدل های سطح TTL یا CMOS است.

توجه کنید که تمام این قسمت ها در همه ربات ها وجود ندارند و همچنین هر مدار الزاما در یک طبقه خاص نمی گنجد.

بسیاری از ربات ها به یک برد سنسوری مجزا احتیاج ندارند. زیرا اکثر سنسورها خود این امکان را دارند که مستقیما به برد میکروکنترلر یا میکروپروسسور متصل شوند. در طراحی قسمت الکترونیکی یک ربات توجه به نکات زیر مفید خواهد بود.

از LED های با توان پایین استفاده کنید؛ زیرا به شدت توان مصرفی مدار را کاهش می دهند. به عنوان مثال یک LED عادی جریان 15 میلی آمپر را مصرف می کند، در حالی که میکروکنترلر مدرن نیز به همین مقدار جریان نیاز دارد.

در صورت امکان توصیه می شود که LEDهایی که از آن ها استفاده نمی شود، غیرفعال شوند.

به جای استفاده از آی سی های کلاسیک TTL، سعی شود از آی سی های CMOS استفاده شود. این کار نیز سبب کاهش جریان مصرفی می شود و منجر به ایجاد ولتاژ تغذیه بسیار ثابت تری می شود.

در هنگام لحیم کاری، به حساسیت آن ها نسبت به الکتریسیته ساکن توجه شود.

حتما از سوکت آی سی های با کیفیت استفاده شود. اما در مدارات حساس (مدارات سرعت بالای دیجیتال، سیگنال های کلاک و سیگنال های آنالوگ) تا حد امکان سعی شود که اصلا از سوکت آی سی استفاده نشود؛ زیرا حرکت متداوم ربات در طول زمان می تواند منجر به شل شدن آی سی ها شود.

استفاده از میکروکنترلرهای قابل برنامه ریزی نیاز به جدا کردن آی سی ها را از بین می برند.

استفاده از LED برای روئیت سیگنال های دیجیتال با سرعت پایین در عمل رواج دارد و اضافه کردن آن ها در بعضی خطوط سیگنال برای عیب یابی امری متداول است، اما منجر به افزایش مصرف باتری می شوند.

به همین دلیل بعد از این که از کارکرد درست مدار اطمینان حاصل شد، بهتر است که برای صرفه جویی در انرژی مصرفی آن ها را حذف کرد. برای این کار باید LEDها را با سیم و مقاومت ها را با مقادیر بالاتر جایگزین کرد.

بررسی شود که آیا میکروکنترلر با سرعت کلاک پایین تری کار می کند یا خیر. زیرا هر اندازه که سرعت کلاک بالاتر باشد، انرژی مورد نیاز نیز بالاتر خواهد رفت.

از توابع Sleep میکروکنترلر در جایی که ممکن است، حتما استفاده شود. همچنین هر قسمت که به آن احتیاجی نبود، غیرغعال شود.

یادگیری ساخت PCB می تواند در ساخت ربات های حرفه ای موثر باشد. اما همچنان برای نمونه های آزمایشی اولیه می توان از برد بورد (Breadboard) استفاده کرد. در مرحله نهایی می توان PCB را بر روی SMDها ساخت؛ زیرا منجر به کاهش اندازه، وزن و قیمت مدار می شوند.

در صورت تمایل به ساخت ربات به صورت جدی و حرفه ای، بهتر است که یک اسیلوسکوپ دوکاناله تهیه شود. زیرا اسیلوسکوپ های تک کانالی بسیار محدود کننده هستند. در انتخاب اسیلوسکوپ، بهتر است پهنای باند آن حداقل چهار برابر بیشتر از بزرگ ترین فرکانس کاری مدارات متداول باشد.

داشتن یک منبع تغذیه متغیر می تواند در ارزیابی این که ربات در ولتاژهای پایین (هنگام افت سطح باتری) چگونه کار می کند، بسیار مفید باشد.

اگر امکان انتخاب از بین مقاومت های پول داون (Pull-Down) و پول آپ(Pull-Up) وجود داشته باشد، باید هر کدام که منجر به مصرف توان کمتری می شوند را انتخاب کرد.

مثلا اگر مدار اکثر اوقات در ولتاژ 5 ولت است، مقاومت بالاکش و اگر اکثر اوقات در ولتاژ 0 ولت است، مقاومت پایین کش انتخاب های بهتری هستند.

توجه شود که چنین خروجی هایی زمانی که ترانزیستور فعال باشد، توان مصرف می کنند، اما زمانی که ترانزیستور غیرفعال باشد، توان بسیار کوچکی (یک جریان نشتی کوچک گذرا از مقاومت و امپدانس ورودی مدار بعدی) مصرف می کنند.

از مقادیر مناسب برای مقاومت های بالاکش و پایین کش استفاده شود. توجه به این نکته ضروری است که سیگنال های فرکانس بالا، جهت کمینه کردن اعوجاج، به مقاومت های با مقادیر کوچک نیاز دارند.

بسیاری از ادوات الکترونیکی در ربات از تغذیه 5 ولت استفاده می کنند، درنتیجه به رگولاتورهای 5 ولت نیاز است. بهتر است به منظور جلوگیری از قطع یا افت (BrownOut) ولتاژ 5 ولت، از رگولاتورهای با افت ولتاژ پایین (Low-Dropout) یا LDO استفاده شود.

نمایشگر در طراحی ربات هوشمند:
در طراحی ربات هوشمند بسیار کوچک، فقط به چند عدد LED برای نمایش تمام اتفاقات درون ربات احتیاج دارند.

اما برای فرایند خطایابی در ربات های پیچیده تر، استفاده از رابط متنی مفیدتر است. بعضی از محاسبه گرها و PDAها دارای رابط RS232 یا انواع ساده تر برای ارتباط با ربات هستند.

در قسمت بالایی هر ربات می تواند چنین PDA یا محاسبه گر وجود داشته باشد، تا کاربران انسانی از آن چه درون میکروکنترلر در حال رخ دادن است، مطلع شوند. در مورد طراحی ربات هوشمند بزرگ، به منظور نمایش اطلاعات از صفحات لپ تاپ استفاده می شود.