115
NAČRTOVA VODENEGA V Gregor Pihler ANJE IN IZVEDBA BREZ A MODELA ČOLNA ZA P VAB PRI RIBOLOVU Diplomsko delo Maribor, marec 2011 ZŽIČNO PREVOZ

NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

NAČRTOVANJE IN IZVEDBA

VODENEGA MODELA

VAB PRI RIBOLOVU

Gregor Pihler

RTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI

VODENEGA MODELA ČOLNA ZA PREVOZ

VAB PRI RIBOLOVU

Diplomsko delo

Maribor, marec 2011

BREZŽIČNO

OLNA ZA PREVOZ

Page 2: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 2

Diplomsko delo visokošolskega strokovnega študijskega programa

NAČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽIČNO VODENEGA MODELA ČOLNA ZA

PREVOZ VAB PRI RIBOLOVU

Študent: Gregor Pihler

Študijski program: visokošolski, Elektrotehnika

Smer: Elektronika

Mentor: doc. dr. Boštjan Vlaovič, telekomunikacije

Maribor, marec 2011

Page 3: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 3

Številka:

Datum in kraj:

Na osnovi 330. člena Statuta Univerze v Mariboru (Ur. l. RS, št. 90/2008)

SKLEP O DIPLOMSKEM DELU

1. Gregorju Pihlerju, študentu visokošolskega strokovnega študijskega programa Elektrotehnika, smer Elektronika, se dovoljuje izdelati diplomsko delo pri predmetu Mikroprocesorski sistemi II.

2. MENTOR: doc. dr. Boštjan Vlaovič

3. Naslov diplomskega dela:

NAČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽIČNO VODENEGA MODELA ČOLNA ZA

PREVOZ VAB PRI RIBOLOVU

4. Naslov diplomskega dela v angleškem jeziku:

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE REMOTE CONTROLLED BAIT

BOAT MODEL

5. Diplomsko delo je potrebno izdelati skladno z “Navodili za izdelavo diplomskega dela” in ga oddati v treh izvodih ter en izvod elektronske verzije do #Rok v referatu za študentske zadeve.

Pravni pouk: Zoper ta sklep je možna pritožba na senat članice v roku 3 delovnih dni.

Obvestiti:

• kandidata, • mentorja, • odložiti v arhiv.

Page 4: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4

ZAHVALA

Za pomoč in vodenje pri opravljanju diplomskega

dela se zahvaljujem mentorju doc. dr. Boštjanu

Vlaoviču. Posebna zahvala velja staršem, ki so me

pri študiju podpirali.

Page 5: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 5

NAČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽIČNO VODENEGA MODELA

ČOLNA ZA PREVOZ VAB PRI RIBOLOVU

Ključne besede: model za prevoz vab, mikrokrmilnik, brezžični prenos, krmiljenje, PicBasic Pro

UDK: 621.371:681.586(043.2)

Povzetek

V diplomski nalogi je predstavljena izvedba daljinsko vodenega modela čolna za prevoz

vab pri ribolovu. Cilj projekta je bila nadgradnja in izboljšanje obstoječih rešitev na trgu z

uporabo računalniške igralne palice za krmiljenje modela in sistemoma za kontroliran

način izmeta vabe in neodvisen izpust navezov. Dodatno je izdelek opremljen z brezžičnim

video nadzornim sistemom, s kamero na premični platformi. Izboljšan je način osvetlitve

na plovilu z dodatno infrardečo osvetlitvijo. V nalogi so podane smernice za izdelavo

konstrukcije modela z uporabljenimi materiali, podrobneje pa so predstavljena elektronska

vezja in uporabljene komponente. Poudarek je tudi na opisu in delovanju programske

opreme izbranih mikrokrmilnikov.

Page 6: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 6

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF THE REMOTE

CONTROLLED BAIT BOAT MODEL

Key words: bait boat model, microcontroller, wireless transmission, control, PicBasic Pro

UDK: 621.371:681.586(043.2)

Abstract

This diploma work presents realization of the remote controlled bait boat model. The aim

of the project was to upgrade and improve existing designs on the market by using a

computer joystick to control the model and an independent systems for controllable bait

and rig release. The product is additionally equipped with video surveillance system. The

camera is mounted on a moving platform. On-board lighting is also improved with added

infrared illumination feature. The paper presents guidelines for constructing the body of

the model with selected materials and gives detailed explanation of electronic circuits and

components. Software for chosen microcontrollers is also fully described.

Page 7: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 7

VSEBINA

1. UVOD ......................................................................................................................... 17

1.1 Tehnika talnega lova rib ....................................................................................... 17

1.2 Problematika in omejitve priobalnega ribolova .................................................... 18

1.3 Predlog rešitve – transport vabe na oddaljeno mesto ........................................... 18

1.4 Kratek pregled vsebine in sistematika obravnave ................................................. 19

2 IZGRADNJA IN LASTNOSTI FIZIČNEGA MODELA PLOVILA .................. 20

2.1 Zahteve in lastnosti ............................................................................................... 20

2.2 Oblika, velikost in teža ......................................................................................... 20

2.3 Pogon .................................................................................................................... 21

2.4 Sistem za izmet vabe ............................................................................................. 22

2.5 Mehanizem za premikanje kamere in izpusta navezov......................................... 23

2.6 Materiali ................................................................................................................ 23

2.7 Postopek izdelave modela ..................................................................................... 24

3 ELEKTRONSKI DEL .............................................................................................. 25

3.1 Zahteve in lastnosti ............................................................................................... 25

3.2 Izbira mikrokrmilnika ........................................................................................... 25

3.3 Brezžični oddajno - sprejemni modul ER400TRS ............................................... 27

3.4 Oddajni del ............................................................................................................ 32

3.4.1 Zahteve in lastnosti oddajnika ....................................................................... 32

Page 8: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 8

3.4.2 Blokovna shema in delovanje ........................................................................ 33

3.4.3 Krmilnik PIC16F877A .................................................................................. 33

3.4.4 Igralna palica – opis predelave in delovanje ................................................. 35

3.4.5 Prikazovalnik LCD na oddajniku .................................................................. 37

3.4.6 Napajanje oddajnega vezja ............................................................................ 40

3.5 Sprejemni del ........................................................................................................ 41

3.5.1 Zahteve in lastnosti sprejemnika ................................................................... 41

3.5.2 Blokovna shema in delovanje ........................................................................ 41

3.5.3 Krmilnik PIC16F876A .................................................................................. 43

3.5.4 Pogonska motorja Graupner Speed 400 ........................................................ 44

3.5.5 H-most ........................................................................................................... 45

3.5.6 Koračni motor in gonilno vezje ..................................................................... 51

3.5.7 Servo motorji ................................................................................................. 54

3.5.8 Osvetlitev ....................................................................................................... 56

3.5.9 Prikazovalnik LCD na sprejemniku .............................................................. 57

3.5.10 Napajanje ....................................................................................................... 58

3.6 Zajem slike in prenos video signala ...................................................................... 60

3.6.1 Zahteve in lastnosti ........................................................................................ 61

3.6.2 CMOS kamera ............................................................................................... 61

3.6.3 Oddajnik video signala .................................................................................. 64

Page 9: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 9

3.6.4 Sprejemnik video signala.............................................................................. 64

3.7 Izdelava tiskanih vezij .......................................................................................... 65

3.7.1 Zahteve in lastnosti ........................................................................................ 65

3.7.2 Načrtovanje s programskim paketom Altium Designer ................................ 66

3.7.3 Tiskanina oddajnega vezja............................................................................. 67

3.7.4 Tiskanina sprejemnega vezja ......................................................................... 68

3.7.5 Postopek izdelave tiskanin ............................................................................ 70

4 PROGRAMSKI DEL – OPIS KODE IN DELOVANJE ....................................... 71

4.1 Zahteve in lastnosti ............................................................................................... 71

4.2 Izbor programskega jezika in razvojnega okolja .................................................. 71

4.3 Programski jezik PicBasic .................................................................................... 72

4.4 Razvojno okolje MicroCode Studio ..................................................................... 72

4.5 Koda oddajnega dela ............................................................................................. 73

4.5.1 Diagram poteka.............................................................................................. 73

4.5.2 Opis kode ....................................................................................................... 75

4.6 Koda prvega mikrokrmilnika v sprejemnem delu ................................................ 91

4.6.1 Diagram poteka prvega mikrokrmilnika ....................................................... 91

4.6.2 Opis kode ....................................................................................................... 93

4.7 Koda drugega mikrokrmilnika v sprejemnem delu ............................................ 100

4.7.1 Diagram poteka drugega mikrokrmilnika ................................................... 100

Page 10: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 10

4.7.2 Opis kode ..................................................................................................... 101

5 IMPLEMENTACIJA IN TESTIRANJE .............................................................. 108

5.1 Meritve ................................................................................................................ 108

5.1.1 Meritve ključnih elektronskih komponent ................................................... 108

5.1.2 Meritve dometa brezžičnih povezav ............................................................ 108

5.2 Preizkus plovnih in manevrskih sposobnosti ...................................................... 108

5.3 Preizkus sistemov za izmet vabe in izpust navezov ........................................... 109

6 SKLEP ...................................................................................................................... 109

6.1 Možnosti za nadgradnjo ...................................................................................... 109

6.2 Nasveti za vzdrževanje in uporabo ..................................................................... 110

7 VIRI IN LITERATURA ......................................................................................... 111

8 PRILOGE ................................................................................................................. 112

8.1 Naslov Študenta .................................................................................................. 112

SEZNAM SLIK

Slika 1.1.1: Sistem naveza za talni ribolov .......................................................................... 17

Slika 2.3.1: Pogonski motor Graupner Speed 400 s prenosom in propelerjem ................... 22

Slika 2.4.1: Sistem krožnega zajema tovora ........................................................................ 22

Slika 2.5.1: Sistem za izpust navezov ................................................................................. 23

Slika 3.3.1: Blokovna shema oddajno-sprejemnega modula ER400TRS ........................... 27

Page 11: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 11

Slika 3.3.2: Razpored priključkov oddajno-sprejemnega modula ER400TRS ................... 28

Slika 3.3.3: Vezje za pretvorbo logičnih nivojev ................................................................ 30

Slika 3.3.4: Okno aplikacije za nastavite parametrov modula ER400TRS ......................... 31

Slika 3.4.1: Blokovna shema oddajnega vezja .................................................................... 33

Slika 3.4.2: Mikrokrmilnik PIC16F877A in razpored priključkov ..................................... 34

Slika 3.4.3: Osnovno vezje za delovanje mikrokrmilnika PIC16F877A ............................ 34

Slika 3.4.4: Vezava potenciometrov .................................................................................... 35

Slika 3.4.5: Matrična vezava tipk ........................................................................................ 36

Slika 3.4.6: Igralna palica Genius MaxFghter F-31D in funkcije uporabljenih tipk ........... 37

Slika 3.4.7: Prikazovalnik LCD na oddajniku ..................................................................... 37

Slika 3.4.8: Vezje za povezavo modula LCD na oddajniku ................................................ 40

Slika 3.4.9: Shema priklopa napetostnega regulatorja L7805CV ....................................... 41

Slika 3.5.1: Blokovna shema sprejemnika........................................................................... 42

Slika 3.5.2: Razpored priključkov krmilnika PIC16F876A ................................................ 43

Slika 3.5.3: Osnovno vezje za delovanje mikrokrmilnika PIC16F876A ............................ 44

Slika 3.5.4: Princip delovanja vezja H-most. ...................................................................... 45

Slika 3.5.5: Integrirana izvedba dvojnega H-most vezja - L298N. ................................... 46

Slika 3.5.6: Razpored priključkov L298N ........................................................................... 46

Slika 3.5.7: Notranja zgradba L298N .................................................................................. 49

Slika 3.5.8: Pulzno-širinska modulacija (PWM) ................................................................. 50

Page 12: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 12

Slika 3.5.9: Krmilno vezje pogonskih motorjev .................................................................. 51

Slika 3.5.10: Koračni motor SMB35-4868-B ...................................................................... 51

Slika 3.5.11: Princip navitij koračnega motorja ................................................................. 52

Slika 3.5.12: Blokovna shema in razpored priključkov čipa ULN2803A ........................... 53

Slika 3.5.13: Darlington vezava tranzistorjev v ojačevalnem elementu ULN2803A ......... 53

Slika 3.5.14: Vezje za krmiljenje koračnega motorja z gonilnim vezjem ULN2803A ....... 54

Slika 3.5.15: Zgradba modelarskega servo motorja ............................................................ 55

Slika 3.5.16: Krmilni signali in koti zasuka modelarskih servo motorjev .......................... 56

Slika 3.5.17: Tiskanina z IR diodami in fotouporom .......................................................... 57

Slika 3.5.18: Priključna shema prikazovalnika LCD na sprejemniku ................................. 58

Slika 3.5.19: Vzporedna vezava dveh napetostnih regulatorjev LM7808 ........................... 59

Slika 3.5.20: Napetost tipične svinčene 12-V baterije v odvisnosti od napolnjenosti......... 60

Slika 3.6.1: Modul barvne CMOS kamere .......................................................................... 62

Slika 3.6.2: Oddajnik za prenos video signala..................................................................... 64

Slika 3.6.3: Vezje sprejemnika video signala ...................................................................... 65

Slika 3.7.1: Okno aplikacije Altium Designer za novi projekt ............................................ 67

Slika 3.7.2: Tiskanina oddajnega vezja ............................................................................... 68

Slika 3.7.3: Tiskanina oddajnega vezja za tisk .................................................................... 68

Slika 3.7.4: Tiskanina sprejemnega dela ............................................................................. 69

Slika 3.7.5: Tiskanina sprejemnega vezja za tisk ................................................................ 69

Page 13: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 13

Slika 4.4.1: Okno aplikacije MicroCode Studio Plus .......................................................... 73

Slika 4.5.1: Diagram poteka oddajniške kode ..................................................................... 74

Slika 4.5.2: Inicializacija registrov mikrokrmilnika PIC16F877A ..................................... 75

Slika 4.5.3: Definicije parametrov za A/D pretvorbo .......................................................... 77

Slika 4.5.4: Definicije parametrov za komunikacijo prikazovalnikom LCD ...................... 77

Slika 4.5.5: Najava spremenljivk v oddajniški kodi ............................................................ 78

Slika 4.5.6: Koda za preverjanje povezave in kalibracije igralne palice ............................. 80

Slika 4.5.7: Branje in pošiljanje položaja igralne palice ..................................................... 81

Slika 4.5.8: Branje tipk v matrični vezavi (1) ..................................................................... 82

Slika 4.5.9: Branje tipk v matrični vezavi (2) ..................................................................... 83

Slika 4.5.10: Podprogram za pošiljanje ukaza za izmet vabe .............................................. 84

Slika 4.5.11: Podprogram za kontrolo nad pošiljanjem premikov igralne palice ............... 84

Slika 4.5.12: Podprograma za pošiljanje ukazov za ločen izpust navezov.......................... 85

Slika 4.5.13: Podprograma za izpust in ponastavitev ročic obeh navezov .......................... 86

Slika 4.5.14: Podprogrami za pošiljanje ukazov za krmiljenje z osvetlitvijo na modelu .... 87

Slika 4.5.15: Podprograma za pošiljanje ukazov za vklop in izklop kamere ...................... 88

Slika 4.5.16: Podprograma za izpis o nepodprtih funkcijah gumbov igralne palice ........... 88

Slika 4.5.17: Podprogrami za pošiljanje ukazov za premikanje kamere ............................. 89

Slika 4.5.18: Podprogram za kalibracijo igralne palice ....................................................... 90

Slika 4.6.1: Diagram poteka za 1. mikrokrmilnik v sprejemnem vezju .............................. 92

Page 14: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 14

Slika 4.6.2: Inicializacija registrov 1. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju ....................... 93

Slika 4.6.3: Najava spremenljivk v kodi 1. mikrokrmilnika v sprejemniku ........................ 93

Slika 4.6.4: Vrednotenje tipa prejetih podatkov 1. mikrokrmilnika v sprejemniku ............ 94

Slika 4.6.5: Funkcije za implementacijo prejetih ukazov za 1. mikrokrmilnik (1) ............. 95

Slika 4.6.6: Funkcije za implementacijo prejetih ukazov za 1. mikrokrmilnik (2) ............. 96

Slika 4.6.7: Podprograma za preklope relejev pri krmiljenju pogonskih motorjev ............. 98

Slika 4.6.8: Funkcije za krmiljenje koračnega motorja za izmet vabe ................................ 99

Slika 4.6.9: Funkcija za utripanje diode LED v 1. mikrokrmilniku v sprejemnem vezju ... 99

Slika 4.7.1: Diagram poteka za 2. mikrokrmilnik v sprejemnem vezju ............................ 100

Slika 4.7.2: Inicializacija registrov 2. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju ..................... 101

Slika 4.7.3:Definicije parametrov za A/D pretvorbo in komunikacijo s prikazovalnikom102

Slika 4.7.4: Najava spremenljivk v kodi 2. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju ............ 102

Slika 4.7.5: Določanje in izpis stanja akumulatorskih baterij na krovu ............................ 103

Slika 4.7.6: Sprejemanje in vrednotenje prejetih podatkov v kodi 2. mikrokrmilnika...... 104

Slika 4.7.7: Podprogram za krmiljenje servo motorja za premikanje kamere ................... 104

Slika 4.7.8: Podprograma za krmiljenje servo motorjev pri ločenem izpustu navezov .... 105

Slika 4.7.9: Podprograma za skupen izpust navezov in ponastavitev ročice mehanizmov106

Slika 4.7.10: Funkcija za utripanje diode LED v 2. mikrokrmilniku v sprejemnem vezju106

Page 15: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 15

SEZNAM PREGLEDNIC

Tabela 3.2.1: Primerjava lastnosti PIC mikrokrmilnikov serije 16F87xA .......................... 26

Tabela 3.4.1: Tabela priključkov prikazovalnika LCD na oddajniku ................................. 38

Tabela 3.5.1: Izbrani tehnični podatki motorja Graupner Speed 400 .................................. 44

Tabela 3.6.1: Tehnični podatki modula kamere .................................................................. 63

Tabela 4.5.1: Tabela za določanje vrednosti ADCON1 registra ......................................... 76

Tabela 4.5.2: Zgradba in vrstni red skupine podatkov za brezžični prenos ........................ 82

Tabela 5.1.1: Električne meritve ključnih elektronskih komponent .................................. 108

UPORABLJENI SIMBOLI

A – Amper (enota za električni tok)

V – Volt (enota za električno napetost)

W – Watt (enota za moč)

Ω – Ohm (enota za električno upornost)

Hz – Hertz (enota za frekvenco)

F – Farad (enota za kapacitivnost)

Page 16: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 16

UPORABLJENE KRATICE

A/D – Analogno/digitalni pretvornik (Analog to Digital converter)

BO – Zaposlenost izhoda (Bussy Output)

CCD – Naprava z učinkom sklopljenih nabojev (Charge-Coupled Device)

CMOS – Komplementaren kovinsko-oksidni polprevodnik (Complementary Metal-

Oxide Semiconductor)

E – Omogočitev (Enable)

EEPROM – Električno zbrisljiv in programirljiv bralni pomnilnik (Electrically

Erasable Programmable Read-Only Memory)

EM – Elektro magnetno (ElectroMagnetic)

GND – Ozemljitev (Ground)

GPS – Sistem globalnega pozicioniranja (Global Positioning System)

HR – Gostitelj pripravljen (Host Ready)

ICSP – Serijsko programiranje v vezju (In-Circuit Serial Programming)

IR – Infrardeča (InfraRed)

LCD – Prikazovalnik s tekočimi kristali (Liquid Crystal Display)

LED – Svetleča dioda (Light Emitting Diode)

MIPS – Milijon inštrukcijskih ciklov na sekundo (Million Instructions Per Second)

MOSFET – Kovinsko-oksidni polprevodniški tranzistor z učinkom električnega polja

(Metal–Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

PCB – Plošča tiskanega vezja (Printed Circuit Board)

PIC – Periferni vmesniški krmilnik (Peripheral Interface Controller)

PWM – Pulzno-širinska modulacija (Pulse-Width Modulation)

RAM – Pomnilnik z naključnim dostopom (Random Access Memory)

RS – Izbira registra (Register Select)

RSSI – Indikator moči prejetega signala (Received Signal Strength Indicator)

R/W – Beri/piši (Read Write)

TTL – Tranzistorsko-tranzistorska logika (Transistor-Transistor Logic)

USART – Univerzalni sinhroni/asinhroni oddajnik/sprejemnik (Universal

Synchronous/ Asynchronous Receiver/transmitter)

USB – Univerzalno serijsko vodilo (Universal Serial Bus)

Page 17: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 17

1. UVOD

Športni način ribolova se tudi pri nas vse bolj uveljavlja ne samo kot hobi, temveč tudi kot

sredstvo za premagovanje stresa in sprostitev. Ribiči z željo po dobrem ulovu posegajo po

čedalje boljši opremi, na tržišču pa se vsako leto najde kakšna novost. Razvija se tudi

ribiški turizem, z domačimi in tujimi gosti, ki preživljajo dopuste s palico v roki. Ob tako

veliki izbiri opreme, se vsak resnejši športni ribič prej ali slej osredotoči na lov določene

vrste ribe, ena najbolj priljubljenih pa je krap (Cyprinus carpio).

1.1 Tehnika talnega lova rib

Za lov te ribe se uporabljajo različne tehnike, kot so talni ribolov, ribolov s plovcem in celo

muharjenje. Izbira najprimernejše tehnike je v precejšnji meri odvisna od mesta lova,

globine vode in režima hranjenja. Večje ribe se rade zadržujejo na dnu, kjer je več hrane in

tudi voda je poleti tam hladnejša in bogatejša s kisikom. Zato se na večjih jezerih in rekah

ribiči najraje odločijo za tehniko talnega ribolova. Značilnost tega načina lova je, da je

vaba s trnkom in obtežilnikom (navez) potopljena na dno. Obtežilnik na koncu vrvice

pripomore k daljšemu metu in poskrbi, da vaba ostane na izbranem mestu. Tehnika je še

posebej primerna za ribolov na rekah z močnejšimi tokovi. Slika 1.1.1 prikazuje

najpogosteje uporabljen tip naveza za talni ribolov.

Slika 1.1.1: Sistem naveza za talni ribolov

Za vabo pri lovu krapov se uporabljajo najrazličnejše vrste ribje hrane v obliki tekočine,

praškov, zrnja, peletov in zelo priljubljenih "boili" kroglic. Slednje se da kupiti v

Page 18: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 18

najrazličnejših okusih in izvedbah, njihova prednost pred ostalimi vabami pa je dolga

obstojnost v vodi in močna aroma. Obstaja poseben način natika te vabe na trnek, za

uspešnejši ulov pa je zaželeno z njimi krape tudi krmiti in jih s tem privabljati na mesto

lova.

1.2 Problematika in omejitve priobalnega ribolova

Krap je po naravi plaha in previdna žival z dobrim spominom, zato se večji primerki raje

zadržujejo stran od poraščenih obrežij, kjer nanje prežijo naravni plenilci in ribiči. S

krmljenjem na oddaljeni lokaciji in kasneje z lovom na tem mestu, bi se tako možnosti za

ulov večje ribe znatno povečale. Z uporabo kvalitetnih ribiških palic in težjih obtežilnikov

lahko sicer precej izboljšamo domet, a izgubimo natančnost. Ponovljivost meta na isto

mesto pri razdalji, večji od 20 metrov, je skoraj neizvedljiva. Veliko težavo predstavlja tudi

krmljenje na takšni razdalji.

1.3 Predlog rešitve – transport vabe na oddaljeno mesto

Pravila nekaterih revirjev sicer dovoljujejo uporabo raznih čolnov na vesla, vendar z

veslanjem precej razburkamo gladino, povzročamo nepotreben hrup in tako zmanjšamo

možnosti za uspešen lov. Boljša rešitev bi bila uporaba manjšega modela čolna z

brezžičnim vodenjem, s katerim bi prepeljali vabo na točno določeno mesto in se izognili

nepotrebnemu hrupu. Prav tako bi lahko z njim prepeljali in odvrgli navez.

Za ta namen predstavljamo zasnovo in izvedbo manjšega modela brezžično vodenega

transportnega čolna. Na tržišču obstaja več takih modelov, trenutno pa ni izvedbe, ki

omogoča reguliran izmet vabe in ločen izpust navezov. Obstoječe rešitve bomo nadgradili

tudi s sistemom za zajem in brezžični prenos video signala, upravljanje pa izboljšali z

uporabo računalniške igralne palice.

Page 19: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 19

1.4 Kratek pregled vsebine in sistematika obravnave

Razvoj in izdelavo smo razdelili na tri faze, ki so predstavljene v ločenih poglavjih. Pri

izdelavi se po navadi te faze v skladu s prototipnim načinom razvoja prepletajo. V vsakem

poglavju se najprej opredelimo glede želenih lastnosti, nato pa sledijo podrobnejši opisi

izbranih rešitev.

V prvem poglavju je predstavljena fizična izvedba plovila in mehanski sistemi. Najprej

definiramo želene lastnosti modela, določimo obliko, velikost in težo ter izberemo

pogonske rešitve. Nadaljujemo z zasnovo in izvedbo mehanskih sistemov izmeta vabe,

izpusta navezov in premikanja kamere. Nato izberemo ustrezne materiale in predstavimo

izgradnjo modela.

V drugem poglavju nadaljujemo z ločeno predstavitvijo elektronike oddajnega in

sprejemnega vezja. Predstavimo blokovni shemi vezij in izberemo primerne komponente

za delovanje. Nato sledijo opisi krmilnih elektronskih sklopov, delovanja uporabljenih

motorjev in sistema za zajemanje in prenos video signala. Na koncu poglavja predstavimo

postopek izdelave tiskanih vezij.

V tretjem poglavju razvijemo programski kodi za krmiljenje mikrokrmilnikov v vezjih

oddajnika in sprejemnika. Najprej definiramo želene lastnosti programov, nato pa

izberemo in predstavimo razvojno okolje in programski jezik. Ločeno opišemo oba

programa po funkcijskih sklopih delovanja.

V zadnjem poglavju opišemo postopek implementacije in testiranja modela. Opravimo

električne meritve in testiramo domete radijskih zvez. Preizkusimo delovanja vgrajenih

sistemov in plovne lastnosti modela. Rezultate opravljenega dela povzamemo s

komentarjem, kjer primerjamo dejanske in želene lastnosti izdelka. Na koncu podamo

nasvete za vzdrževanje in uporabo.

Page 20: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 20

2 IZGRADNJA IN LASTNOSTI FIZIČNEGA MODELA PLOVILA

2.1 Zahteve in lastnosti

Model plovila mora biti sposoben prevoza pol kilograma vabe in dveh navezov na mesto

lova, ki je od obrežja oddaljeno vsaj 30 metrov. Omogočati mora reguliran način izmeta

vabe v obliki "boili" kroglic in ločen izpust obeh navezov. Plovne in manevrske

sposobnosti modela morajo zagotavljati stabilno plovbo in polmer polnega obrata plovila

največ dva metra. Delovanje naj bo čim tišje, z avtonomijo vsaj 30 minut. Model bo

uporabljan tudi za izvidniške namene, zato mora biti opremljen s sistemom za zajem in

brezžični prenos video signala ter mehanizmom za premikanje kamere v horizontalni

smeri. Imeti mora osvetlitev za možnost uporabe v temi. Z obzirom na te lastnosti naj bo

izvedba čim manjše velikosti in teže, izdelek pa nezahteven za uporabo in vzdrževanje.

Končna cena sistema naj bo čim nižja.

2.2 Oblika, velikost in teža

Glede na zahtevo po dobrih plovnih in manevrskih lastnostih je model dvotrupne

(katamaranske) oblike. Dvotrupna oblika omogoča izredno dobro stabilnost na vodi, saj

dobro prenaša prerazporeditve teže tovora. To je še posebej pomembno pri prevozu

navezov, saj sta mehanizma za njun izpust nameščena na levi in desni bok katamarana.

Masa posameznega naveza z utežjo lahko doseže tudi 100 g, zato bi se ob uporabi

klasičnega modela čolna, pri transportu enega naveza, porušilo ravnotežje.

Velikost modela je prirejena količini vabe in sistemu za njen izmet. V skladu z zahtevo po

transportu 0,5 kilograma kroglic vabe, je model dolg 60 cm in širok 30 cm. Višina modela

je zaradi vzgona deloma povezana z njegovo težo.

Pri gradnji upoštevamo še zahtevo po čim manjši teži. Ker so mase uporabljenih

komponent, kot so pogonski in drugi motorji ter napajalne baterije določene, skušamo težo

zmanjšati z izdelavo čim lažje konstrukcije modela. Izbirali smo med umetnimi materiali,

kot so steklena ali ogljikova (karbonska) vlakna in modelarskim lesom. Izbrali smo les, saj

Page 21: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 21

v tem primeru ni potrebna izdelava kalupa, izdelek pa je prototip. V primeru produkcije

več enakih modelov bi bila izdelava kalupa in uporaba umetnih mas boljša izbira. Pri

uporabi modelarskih vezanih plošč ima konstrukcija maso dva kilograma, skupna masa pa

ne presega petih kilogramov.

2.3 Pogon

Za uporabo v modelih plovil se uporabljajo različne vrste pogonov, največkrat klasični

propelerski ali pa impelerski (Jet). Pri slednjih se za pogon izkorišča vodni curek, ki ga

ustvarja elisa v potopljenem ohišju in deluje kot vodna črpalka. Prednost teh sistemov je,

da so odpornejši na razne mehanske poškodbe elise zaradi nesnage v vodi, vendar je cena

dosti višja od klasičnih propelerskih pogonov. Običajno tudi niso v izvedbi, ki omogoča

vzvratno vožnjo. Ker naj vgrajeni pogon omogoča čim tišje delovanje, smo se odločili za

klasično izvedbo propelerskega električnega pogona. Glede tipa pogonskega motorja se v

modelarstvu največkrat uporabljajo krtačni in brezkrtačni motorji. Slednji imajo v

primerjavi s krtačnimi izvedbami boljše lastnosti, predvsem glede izkoristka, teže, hitrosti

vrtenja in pokvarljivosti. Pri delovanju ustvarjajo tudi manj nezaželenih elektromagnetnih

motenj in omogočajo tišje delovanje. Slabost pa je njihova cena in dobavljivost primernih

prenosov. Ker je nizka cena eden glavnih pogojev pri načrtovanju, se zanje nismo odločili.

Plovilo je dvotrupne oblike, zato smo izbrali dva enaka krtačna motorja s prenosi in ju

namestili v levi in desni trup plovila. Takšna izvedba tudi omogoča enostavno krmarjenje,

s spreminjanjem smeri in hitrosti vrtenja posameznega motorja. Izbrana sta enosmerna

krtačna motorja Graupner Speed400, s primernimi vodotesnimi prenosi za uporabo na

modelih plovil. Glavni razlog za izbiro tega modela motorjev je bila hitra dobava in nizka

cena v kompletu s pripadajočimi prenosi. Model poganjata priporočena dvokraka

propelerja premera 25 mm. Prenosa sta z motorjema povezana preko kardanskega zgloba,

nanju pa sta nameščena nastavka za dovajanje mazalnega olja. Motorja pritrdimo na

polkrožna lesena nosilca, da ju je mogoče brez težav zamenjati. Natančnost pri vgradnji

obeh pogonskih sistemov je ključnega pomena za ohranjanje želene smeri plovbe, saj se pri

izdelavi nismo odločili za možnost popravljanja smeri s krmilom ("trimanje"). Na sliki

2.3.1 je prikazan uporabljen pogonski motor s prenosom in propelerjem.

Page 22: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 22

Slika 2.3.1: Pogonski motor Graupner Speed 400 s prenosom in propelerjem

2.4 Sistem za izmet vabe

Ker želimo reguliran način izmeta vabe smo skonstruirali sistem za krožni zajem tovora, ki

ob vsakem obratu zajame določeno količino kroglic vabe in jih preko odprtine na zadnjem

delu modela strese v vodo. Zasnovan sistem je prikazan na sliki 2.4.1. Sistem je sestavljen

iz zbiralnika vabe in vrtečega zajemalnega dela s prekati. Zobje prekatov se ob zajemu

prekrivajo z utori zbiralnika in tako ob vsakem prehodu zajamejo po eno vrstico kroglic.

Ker je zbiralnik nekoliko nagnjen, je ob naslednjem zajemu že pripravljena nova vrstica.

Os zajemalnika je ležajno vpeta med dva nosilca, poganja pa jo koračni motor z zobniškim

reduktorjem moči in jermenski prenos.

Slika 2.4.1: Sistem krožnega zajema tovora

Eden od ciljev pri izdelavi modela je tudi minimizacija stroškov. Za zbiralnik vabe je

uporabljena škatla za hrambo računalniških disket, motor in prenos pa sta vzeta iz

odsluženega tiskalnika. Motor je koračnega tipa, ker želimo natančne cikle zajemov.

Podrobneje je delovanje koračnega motorja opisano v poglavju Elektronski del (str. 25).

Natančnost izdelave prenosa je zelo pomembna, saj pride ob morebitnem zatikanju med

Page 23: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 23

delovanjem sistema do preskokov korakov motorja, česar pa načrtovana elektronika ne

nadzira. Naslednji cikel izmeta se v tem primeru ne bi pravilno izvedel.

2.5 Mehanizem za premikanje kamere in izpusta navezov

Kamera je nameščena na premcu plovila in je v osnovnem položaju obrnjena v smer

plovbe. Želimo jo premikati v vodoravni smeri tako, da je mogoče z njo spremljati tudi

dogajanje na obeh straneh modela. Potrebni so natančni premiki v levo ali desno od

izbranega izhodiščnega položaja. Takšno funkcijo odlično opravljajo modelarski servo

motorji, ki se poleg natančnih kotov zasuka odlikujejo tudi po relativno velikih navorih.

Slednja lastnost je zelo uporabna, saj lahko tako modul kamere pritrdimo neposredno na os

manjšega servo motorja. Tudi servo motorji in način krmiljenja bodo podrobneje

predstavljeni v poglavju Elektronski del (str. 25). Kamera je pokrita s prozorno kupolo, ki

jo ščiti pred vremenskimi vplivi. Tudi za izpust obeh navezov sta uporabljena dva servo

motorja, ki sta nameščena na levo in desno stran modela. Princip vgradnje servo motorja v

trup modela je predstavljen na sliki 2.5.1. Sponka naveza se zatakne za ročico, pritrjeno na

os motorja. Ob zasuku osi za 180 stopinj, se navez odpne in pade v vodo.

Slika 2.5.1: Sistem za izpust navezov

2.6 Materiali

Pri izgradnji modela čolna upoštevamo zahtevo po čim manjši masi, hkrati pa želimo

zagotoviti dobro trpežnost. Uporabimo modelarske vezane plošč debeline 3 mm. Posebnost

Page 24: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 24

teh plošč je, da so zlepljene iz petih plasti zelo lahke skandinavske breze, kar daje modelu

dobro kompaktnost in hkrati majhno težo konstrukcije. Večinoma je pri izdelavi uporabljen

les, izjema je jeklena os pri sistemu za izmet vabe in plastična posoda za vabo. Plošči obeh

tiskanin sta izdelani iz pertinaksa. Za lepljenje lesa uporabimo vodoodporno lepilo za les,

manjše nenatančnosti spojev pa popravimo z modelarskim kitom. Izdelek pobarvamo z

vodoodporno barvo in lakom.

2.7 Postopek izdelave modela

Postopek izdelave modela začnemo na papirju, z osnutkom želene oblike. Natančnejše

mere določimo z upoštevanjem predvidene mase in vzgona. Paziti je potrebno, da po

nepotrebnem ne dvigujemo težišča modela, kar bi kasneje lahko imelo neprijetne posledice

pri stabilnosti in upravljanju. Zasnovo nato prenesemo na računalnik, kjer smo s

programom Google SketchUp podrobneje izrisali končno obliko modela s ključnimi

sistemi na krovu. Ko je bil virtualni model končan, smo pričeli z razrezom lesa in

lepljenjem. Začnemo z najpomembnejšim delom modela – izdelavo trupa modela. Pri tem

je potrebna velika natančnost, saj bi vsaka nesorazmernost pomenila slabše plovne

lastnosti. Tako dobimo osnovo, na katero namestimo sistem za izmet vabe. Nato pritrdimo

oba pogonska motorja, koračni motor s pripadajočimi prenosi, ter vse tri servo motorje.

Vse ključne komponente pritrdimo z vijaki, da jih bo možno ob morebitni odpovedi tudi

zamenjati. Na premec modela namestimo kupolo iz prozorne plastike ter v notranjost

vgradimo modul kamere in oddajnik video signala. Nato dokončamo zgornji del ohišja

modela in tako zaščitimo notranjost in komponente pred vremenskimi vplivi. Model s tem

dobi tudi nekoliko privlačnejšo obliko. Nato ga zopet razstavimo, temeljito zbrusimo,

pokitamo in pobarvamo. Vgradimo izdelano vezje ter priključimo baterije. Za zaščito

oddajnika uporabimo večje plastično ohišje, kamor vgradimo izdelano vezje, prikazovalnik

s tekočimi kristali (LCD) in vezje sprejemnika video signala. Za ohišje oddajnika smo

izbrali klasično ohišje za vgradnjo elektronskih vezij, ki ni vodoodporno, zato je pri

rokovanju potrebna večja pazljivost.

Page 25: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 25

3 ELEKTRONSKI DEL

3.1 Zahteve in lastnosti

Izdelana elektronika predstavlja bistvo naprave, zato moramo pri načrtovanju vezij

upoštevati bistvene zahteve:

• hitra odzivnost,

• majhna poraba energije,

• majhna velikost in teža,

• velika zanesljivost in

• nizka končna cena.

Izdelan elektronski sistem naprave mora v čim krajšem času zaznati, prenesti in izvesti vse

uporabniške ukaze. Ker je napajanje baterijsko, želimo tudi, da imajo zasnovana vezja

majhno lastno porabo energije. Z namenom izdelave čim manjših tiskanin, želimo visoko

stopnjo integracije, zato za nekatere funkcije modela uporabimo komponente z

integriranimi vezji. Glavni pogoj pri načrtovanju vezij je zanesljivost delovanja.

3.2 Izbira mikrokrmilnika

Odločili smo se za mikrokrmilniško podprto upravljanje z modelom. Ti skrbijo za branje,

pošiljanje in izvajanje uporabnikovih ukazov, zato pri izbiri upoštevamo naslednje

lastnosti:

• večje število vhodno-izhodnih priključkov (vsaj 30),

• programski pomnilnik FLASH (FLASH memory – bliskovni pomnilnik),

• navadna izvedba ohišja (through-hole),

• vgrajen analogno-digitalni pretvornik (A/D) z vsaj tremi kanali,

• vgrajen vmesnik za serijski prenos podatkov (USART) in

• hitra dobavljivost z nizko ceno.

Page 26: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 26

Glede izbire mikrokrmilnikov ni posebnih zahtev in večina proizvajalcev ponuja izvedbe,

ki imajo naštete lastnosti. Zato izberemo podjetje in krmilnike, s katerimi morda že imamo

nekaj izkušenj. Mi smo se odločili za mikrokrmilnike ameriškega proizvajalca Microchip.

Funkcije, ki jih bodo opravljali izbrani krmilniki niso preveč zahtevne, zato izberemo

mikrokrmilnike z 8-bitnim procesorskim jedrom in arhitekturo srednje kategorije

(MidRange). Proizvajalec ponuja širok izbor PIC (Programmable Interface Controller–

programirljivi krmilniški vmesnik) mikrokrmilnikov, ki ustrezajo želenim zahtevam.

Omejili smo se na PIC16F družino, ki vključuje 87 krmilnikov, od katerih jih je 71 v redni

proizvodnji. Glede na želene lastnosti ostane 13 krmilnikov med katerimi lahko izbiramo.

Ponudba slovenskih trgovcev izbiro dodatno zniža na štiri krmilnike serije 16F87x,

oziroma 16F87xA, ki imajo izboljšan FLASH pomnilnik. Izboljšava omogoča hitrejše

vpisovanje v pomnilnik, večje število prepisov in daljšo obstojnost podatkov v pomnilniku.

Tabela 3.2.1 prikazuje primerjavo lastnosti omenjene serije, ki so pomembne za izvedbo

projekta.

Tabela 3.2.1: Primerjava lastnosti PIC mikrokrmilnikov serije 16F87xA

Krmilnik (PIC)

Programski pomnilnik

(zlogi)

Pomnilnik RAM (zlogi)

Pomnilnik EEPROM

(zlogi)

V/I priključki

A/D kanali

USART CCP

(PWM)

16F873A 7,2 k 192 128 22 5 Da 2

16F874A 7,2 k 192 128 33 8 Da 2

16F876A 14,3 k 368 256 22 5 Da 2

16F877A 14,3 k 368 256 33 8 Da 2

Za uporabo v oddajnem vezju smo zaradi večjega pomnilnika in števila priključkov izbrali

krmilnik PIC16F877A. Ima 40 priključkov, od katerih jih lahko kot vhodne ali izhodne

(V/I) uporabimo 33. Vsebuje 14,3 kB programskega pomnilnika FLASH, 368 zlogov

bralnega pomnilnika z naključnim dostopom (RAM - Random Access Memory), 128

zlogov električno zbrisljivega bralnega pomnilnika (EEPROM - Elecrically Erasable

Programmable Read Only Memory), ima osem analogno-digitalnih pretvornikov

(A/D - Analog to Digital converter) z deset-bitno natančnostjo, strojno implementiran

vmesnik za serijsko komunikacijo (USART - Universal Asynchronous

Page 27: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 27

Receiver/Transmitter), in dva strojno podprta kanala za pulzno-širinsko moduliranje

signalov (PWM - Pulse-Width Modulation).

3.3 Brezžični oddajno - sprejemni modul ER400TRS

Module proizvaja britansko podjetje LPRS (Low Power Radio Solutions). Njihova

prednost je zelo enostavna uporaba, saj vsebujejo integriran mikrokrmilnik, ki upravlja z

vsemi notranjimi funkcijami modula in omogoča dvosmerno serijsko komunikacijo z

mikrokrmilniki. Ker vsebuje EEPROM pomnilnik, jim je mogoče trajno nastaviti razne

parametre, kot so frekvenca brezžične zveze, hitrost serijskega prenosa podatkov

(Baudrate), moč izhodnega signala ter razne načine delovanja. Podatke kodira po sistemu

Manchester, ki je eden od najpogosteje uporabljenih algoritmov za zmanjševanje napak pri

prenosu podatkov. Pri tem načinu kodiranja so podatkovni biti digitalne informacije

predstavljeni (kodirani) s prehodi logičnih stanj. Prehod iz visokega v nizko stanje je po

pretvorbi kodiran kot logična 1, prehod nizkega v visoko pa kot 0. Možno je tudi obratno,

odvisno od izbranega protokola. Dodatna prednost tega načina kodiranja je tudi

prednastavljena dolžina vsakega podatkovnega bita in tako odpravljena potreba po dodatni

sinhronizaciji oddajnika in sprejemnika. Ta način kodiranja še dodatno poveča zanesljivost

brezžičnega prenosa in hkrati razbremeni krmilnik s katerim je povezan. Slika 3.3.1

prikazuje blokovno shemo modula.

Slika 3.3.1: Blokovna shema oddajno-sprejemnega modula ER400TRS

Page 28: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 28

Za potrebe izdelka zadostuje enosmerna komunikacija v smeri oddajnika proti

sprejemniku, zato kontrolnih linij ne potrebujemo. Na sliki 3.3.2 je prikazan razpored in

imena priključkov modula [1].

Slika 3.3.2: Razpored priključkov oddajno-sprejemnega modula ER400TRS

• Antena - Ant [1]

Uporabimo lahko katerokoli standardno izvedbo antene, katere impedanca

ustreza 50 Ω. Odločili smo se za enostavno monopolno anteno. Po specifikacijah

mora biti dolžina take antene za frekvenco 433 MHz, z upoštevanjem λ/4

valovne dolžine, enaka 16,4 cm [1, stran 20]. Ker želimo anteno čim bolj ločiti

od motilnih virov v vezju, jo s kratkim koaksialnim kablom, impedance 50 Ω,

pritrdimo na ohišje modela.

• Ozemljitev brezžičnega signala - RF Gnd [2]

Priporočljivo bi bilo uporabiti dvoslojno tiskanino, katere spodnja stran bi služila

kot ozemljitvena plošča. Ker je praktični poskus pokazal, da to za zadovoljivo

delovanje ni nujno potrebno, smo ta del zaradi enostavnejše izvedbe izpustili.

Pomembno pa je, da je ta priklop vezan na maso.

• Moč signala - RSSI (Received Signal Strength Indicator) [3]

Na tem priključku lahko merimo moč sprejetega signala v obliki izhodnega

analognega signala, katerega amplituda je obratno sorazmerna prisotni RF

Page 29: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 29

energiji v pasovnem področju sprejemanja in znaša od 0 do 1 V, z naklonom 50

dB/V. Ta analogni signal je dovoljeno meriti le z vezjem z vhodno impedanco

večjo od 100 kΩ.

• Izhodna kontrolna linija - BO (Bussy Output) [4]

Je digitalni izhod, ki določa ali je modul pripravljen na sprejetje podatkov iz

mikrokrmilnika. Kadar je modul zaposlen s pošiljanjem ali prejemanjem

podatkov postavi to linijo na visok logični nivo in s tem označi mikrokrmilniku,

da ni pripravljen za komunikacijo. Tega priključka ne priklopimo, saj

uporabljamo modul za enosmerno povezavo in majhne količine podatkov.

• Podatkovni izhod - Tx [5]

Digitalni izhod za pošiljanje prejetih podatkov mikrokrmilniku. Ta priključek

vežemo le pri sprejemniku.

• Podatkovni vhod - Rx [6]

Digitalni vhod za podatke, ki jih želimo poslati. Če se ta priključek ne uporablja,

ga je potrebno vezati na 5 V napajanje. Tako modul le sprejema.

• Vhodna kontrolna linija - HR (Host Ready) [7]

Digitalni vhod, preko katerega mikrokrmilnik pošlje signal, da je pripravljen

prevzeti podatke. Takrat je signal na visokem logičnem nivoju. Tudi tega

priključka zaradi enosmerne komunikacije ne potrebujemo in ga vežemo na

maso. Za njegovo uporabo je potrebno modulu programsko omogočiti

usklajevanje (handshaking).

• Napajanje - Vcc [8]

Napajanje modula z napetostjo med +2,5 in +5,5 V. Napajalna napetost mora

biti čim bolj stabilna, z manj kot 25 mV spremembe. Ker pri oddajniku ni večjih

tokovnih porabnikov, napajanje pa je baterijsko, se tu priporoča le gladilni

kondenzator 100 µF med napajalno linijo in maso.

Page 30: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 30

• Ozemljitev - GND [9]

Ozemljitvena linija za priklop modula na skupno maso.

Tovarniško so ti moduli sprogramirani z omogočenimi kontrolnimi linijami, najnižjo

možno hitrostjo prenosa podatkov in nizko izhodno močjo signala. Za potrebe projekta jim

je potrebno spremeniti te nastavitve in izbrati primeren frekvenčni kanal za povezavo. Na

proizvajalčevi spletni strani dobimo računalniško aplikacijo za spreminjanje nastavitev. Za

programiranje nastavitev je potrebna izdelava serijskega vmesnika za pretvorbo RS232

logičnih nivojev v TTL. V nasprotnem primeru lahko pride do uničenja modulov. Za

pretvorbo je uporabljen integriran pretvornik logičnih nivojev MAX232, s potrebnimi

elementi za delovaje [1]. Shema pretvornega vezja je na sliki 3.3.3.

Slika 3.3.3: Vezje za pretvorbo logičnih nivojev

S tako izdelanim vezjem nato v oba modula vnesemo želene nastavitve. Slika 3.3.4

prikazuje okno aplikacije in izbrane nastavitve. Ob zagonu aplikacije najprej v zgornjih

zavihkih izberemo tip serije brezžičnega modula ER400. Zadnji zavihek je namenjen

terminalskemu oknu, kjer lahko ob povezavi na osebni računalnik vizualno spremljamo

prejete podatke (ASCII znake) ali pa jih pošiljamo. Ker imamo oddajno-sprejemni

(transceiver) modul, je potrebno izbrati še možnost TRS.

Page 31: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 31

Slika 3.3.4: Okno aplikacije za nastavite parametrov modula ER400TRS

Serijska hitrost prenosa (Serial Data Rate) predstavlja hitrost prenosa podatkov med

modulom in ciljnim mikrokrmilnikom. Glede na količino podatkov, ki jih prenašamo,

zadostuje hitrost 9600 Bd. Bd je oznaka za Baud in pomeni količino poslanih ali prejetih

simbolov informacije v eni sekundi. V izbranem načinu serijske komunikacije predstavlja

vsak simbol skupek desetih bitov. Prvi bit (start bit) služi za označitev začetka prenosa,

nato sledi kombinacija osmih podatkovnih bitov, zadnji bit (stop bit) pa označi konec

prenosa informacije. V nekaterih načinih serijske komunikacije se uporablja še dodaten

paritetni bit, ki služi za odkrivanje napak med prenosom. Omenjeno kodiranje po

Manchester protokolu zadovoljivo odpravlja napake med prenosom, zato ti moduli ne

uporabljajo paritetne tehnike. Simbolna hitrost brezžične zveze ni enaka simbolni hitrosti

med gostiteljskim mikrokrmilnikom in modulom. Tovarniško je nastavljena na 19200 Bd

in je uporabnik ne more spreminjati.

Izhodna moč (Power Output) naj bo za daljši domet brezžične zveze nastavljena na

največjo vrednost. V primeru izbranih modulov je to 10 mW. To je hkrati največja

dovoljena efektivna izsevana moč amaterskih radijskih postaj (SRD - Short Range

Devices) v frekvenčnem pasu s centralno frekvenco 433,92 MHz. Izsevana moč na anteni

ni nujno enaka oddajni moči modulov, zato je ob uporabi kvalitetnejših vsesmernih

(omnidirekcijskih) ali pa usmerjenih anten, potrebno upoštevati dobitek antene in ustrezno

zmanjšati oddajno moč oddajnega modula.

Page 32: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 32

Frekvenca (Frequency) se lahko izbira med desetimi možnimi frekvenčnimi kanali v

področju med 433,23 MHz in 434,35 MHz. V tem frekvenčnem pasu sicer delujejo v času

nastanka te diplomske naloge v Sloveniji trije radioamaterski repetitorji (S55UKK,

S55ULR, S55UBO), vendar so večino časa neaktivni.

Zmanjševanje porabe (Power Saving) pri teh modulih ni možno nastavljati.

Testni način (Test Modes) je potrebno v meniju izklopiti z izbiro možnosti OFF. Za

pravilno delovanje je to ključnega pomena, saj se v testnem načinu pošilja le nosilni signal

brez moduliranih podatkov.

3.4 Oddajni del

Elektronika oddajnega dela zbira uporabnikove ukaze preko računalniške igralne palice in

jih brezžično pošlje sprejemniku na modelu.

3.4.1 Zahteve in lastnosti oddajnika

Pri izdelavi oddajnega vezja želimo upoštevati naslednje lastnosti:

• hitra razpoznava ukazov in pošiljanje,

• vizualna potrditev poslanih ukazov,

• zanesljivo delovanje,

• majhna velikost tiskanine in

• majhna poraba energije.

Vezje oddajnika mora v realnem času razbrati uporabnikove ukaze, jih obdelati ter poslati

sprejemniku. Večino dela opravi mikrokrmilnik, ki po končanem pošiljanju z izpisom na

prikazovalnik LCD tudi vizualno sporoči uporabniku vsebino poslanih komand. Tiskanina

oddajnega dela je vgrajena v plastično ohišje, kjer sta nameščena še prikazovalnik LCD in

vezje sprejemnika video signala, ki je komercialne izvedbe in je vgrajeno kot ločeni

modul. Prostor v ohišju je omejen, zato pri izdelavi tiskanine in razporeditvi elementov

pazimo na velikost.

Page 33: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 33

3.4.2 Blokovna shema in delovanje

Slika 3.4.1 prikazuje blokovno shemo oddajnega vezja. Mikrokrmilnik PIC16F877A od

uporabnika prejema ukaze preko računalniške igralne palice. Podatke o želeni smeri in

hitrosti dobi z analogno-digitalno pretvorbo (A/D) padcev napetosti na potenciometrih

obeh osi ročice, ostale ukaze pa z branjem tipk, vgrajenih v ohišju igralne palice. Zbrane

ukaze preko serijskega vmesnika sproti pošilja oddajnemu modulu. Prenos podatkov med

krmilnikom in brezžičnim modulom teče neprekinjeno. Po zaključenem prenosu podatkov

v modul, krmilnik izpiše vrednosti položaja igralne palice in informacije o pritisnjenih

tipkah na prikazovalnik.

Slika 3.4.1: Blokovna shema oddajnega vezja

3.4.3 Krmilnik PIC16F877A

Izbrani mikrokrmilnik spada med 8-bitne mikrokrmilnike ameriškega proizvajalca

Microchip. Vsebuje FLASH programski pomnilnik velikosti 14336 zlogov, 368 zlogov

RAM pomnilnika, EEPROM pomnilnik pa je velikosti 256 zlogov. Pri maksimalni

frekvenci oscilatorja (20 MHZ) izvede pet milijonov inštrukcijskih ciklov na sekundo

(MIPS). Vgrajen je potreben serijski vmesnik USART, do katerega dostopamo preko

priključkov RC7 in RC6, dva pulzno-širinska (PWM) kanala na priključkih RC1 in RC2,

dva 8-bitna in en 16-bitni časovnik, dva primerjalnika in osem A/D pretvornikov z

natančnostjo deset bitov. Za uporabo v vezju oddajnika je primeren predvsem zaradi

večjega števila V/I priključkov (33). Slika 3.4.2 prikazuje imena in razpored priključkov

izbranega mikrokrmilnika. Posamezen vhod ali izhod lahko obremenimo z največ 25 mA

toka.

Page 34: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 34

Slika 3.4.2: Mikrokrmilnik PIC16F877A in razpored priključkov

Priprava krmilnika za uporabo ni zahtevna, saj za osnovno delovanje potrebuje malo

spremljevalnih komponent. Na sliki 3.4.3 je prikazana vezava potrebnih elementov za

osnovno delovanje mikrokrmilnika PIC16F877A.

Slika 3.4.3: Osnovno vezje za delovanje mikrokrmilnika PIC16F877A

Krmilnik potrebuje za delovanje stabilen vir napetosti 5 V in oscilator za generiranje takta.

Namesto zunanjega kristalnega oscilatorja je mogoče uporabiti tudi notranji oscilator,

vendar je ta RC tipa, zato se raje odločimo za kristalnega, ki je natančnejši. Izbrani

mikrokrmilnik podpira zunanje oscilatorje do frekvence 20 MHz. Za potrebe projekta

zadostuje izbrana vrednost 4 MHz. Frekvenco je potrebno stabilizirati z vezavo dveh

keramičnih kondenzatorjev, vrednosti 22 pF, med vsako priključno sponko oscilatorja in

Page 35: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 35

maso. Program v krmilniku se prične izvajati šele, ko je zagotovljen visok napetostni nivo

na priključku reset (MCLR). Napetost na tem priključku mora biti stabilna. Krmilnik sicer

vsebuje notranje vezje za stabilizacijo te napetosti, vendar ta ne sme pasti za več kot 20

odstotkov napajalne, saj to povzroči reset mikrokrmilnika. Reset povzroči tudi izguba tega

signala za več kot 2 µs. V primeru, da bi želeli namerno povzročiti reset krmilnika, lahko

to storimo z vezavo prekinitvene tipke med MCLR priključkom in maso. Proizvajalec v

tem primeru priporoča zaporedno vezavo upora, vrednosti med 50 in 100 Ω, med tipko in

maso

3.4.4 Igralna palica – opis predelave in delovanje

Za krmiljenje hitrosti in smeri modela smo izbrali odsluženo računalniško igralno palico

Genius Maxfighter F-31D. V ohišju palice sta nameščena dva potenciometra, ki sta

mehansko povezana s kontrolno ročico. S premikanjem ročice v X in Y smeri povzročimo

spremembo upornosti obeh potenciometrov, preko katerih se določi informacija o

premikih. V tovarniški izvedbi vsebuje igralna palica lastno vezje z mikrokrmilnikom za

branje potenciometrov. Tega smo odstranili in potenciometra povezali z izbranimi vhodi

mikrokrmilnika PIC16F877A, kot kaže slika 3.4.4. Potenciometra v tej vezavi delujeta kot

nastavljiva delilnika napetosti, s sredinskima odcepoma vezanima na vhoda dveh A/D

pretvornikov. Mikrokrmilnik dobi informacijo o premiku igralne palice z meritvijo obeh

napetosti. Za potrebe analogno-digitalne pretvorbe je na voljo osem A/D kanalov. Za

branje potenciometrov krmilniku določimo priključka RD3 in RD2. Poleg potenciometrov

je v ohišje igralne palice vgrajenih tudi 16 tipk, ki služijo za upravljanje ostalih funkcij

modela. Z njimi se upravlja premikanje kamere, izmet vabe, izpust navezov in osvetlitev.

Slika 3.4.4: Vezava potenciometrov

Page 36: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 36

Vsako od tipk je mogoče priključili na svoj priključek krmilnika, vendar je zaradi zahteve

po čim manjšem številu priključnih žic in porabljenih priključkov krmilnika, izvedena

matrična vezava. Slika 3.4.5 prikazuje izvedbo matrične vezave tipk in uporabljene

priključke mikrokrmilnika PIC16F877A.

Slika 3.4.5: Matrična vezava tipk

Pri takšnem načinu vezave, krmilnik s signalom izmenično napaja stolpce in meri napetost

na vrsticah. Najprej pošlje signal v prvi stolpec vezave in preveri, ali je katera od vrstic pod

napetostjo. V primeru, da je takrat pritisnjena tipka 1, nastane spoj med linijo prvega

stolpca in prve vrstice. Nato pošlje signal v drugi stolpec in zopet preveri napetosti na

vrsticah. Krmilnik ciklično ponavlja ta zaporedja zelo hitro, tako da se detekcija pritiska

katerekoli tipke izvrši praktično v trenutku. Predupori na linijah stolpcev poskrbijo za

omejitev toka. V primeru 5-voltnega napajanja in uporabe uporov 1 kΩ, tako iz

posameznega izhodnega priključka krmilnika teče tok 5 mA. Metoda je zelo praktična, saj

je za branje 16 tipk potrebnih le 8 žic in priključkov krmilnika. Vezava je izvedena v

ohišju igralne palice. Na sliki 3.4.6 so prikazane funkcije posameznih tipk na igralni palici.

Page 37: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 37

Slika 3.4.6: Igralna palica Genius MaxFghter F-31D in funkcije uporabljenih tipk

3.4.5 Prikazovalnik LCD na oddajniku

Ker želimo možnost potrditve pošiljanja in nadzor nad že poslanimi ukazi plovilu, je vezju

oddajnika dodan LCD prikazovalni modul. Uporabljen je prikazovalnik z osvetlitvijo,

dolžine 20 znakov in širine 4 vrstice. Za izpis znakov skrbi vgrajeni krmilnik Hitachi

HD44780. Modul je zelo preprost za povezavo z mikrokrmilniki, saj so za veliko

programskih jezikov na voljo knjižnice za komunikacijo s temi krmilniki. Slika 3.4.7

prikazuje uporabljen prikazovalnik.

Slika 3.4.7: Prikazovalnik LCD na oddajniku

Prikazovalnik je z mikrokrmilnikom povezan na način, ki omogoča 4-bitno komunikacijo s

HD44780 krmilnikom. Za prenos podatkov so pri tem načinu nujni štirje priključki, za

delovanje pa uporabimo še dve kontrolni liniji. V tabeli 3.4.1 je prikazan vrstni red

priključkov z imeni [3].

Page 38: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 38

Tabela 3.4.1: Tabela priključkov prikazovalnika LCD na oddajniku

Priključek 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Ime Vss Vdd V0 RS R/W E DB0 DB1 DB2 DB3 DB4 DB5 DB6 DB7 A C

Pomen in oznake priključkov uporabljenega prikazovalnega modula so naslednje [3]:

• Ozemljitev- Vss [1]

Ozemljitvena linija za priklop modula na skupno maso.

• Napajanje -Vdd [2]

Napajanje modula z napetostjo 5 V. Napetost mora biti stabilna, zato med

priključek in maso vežemo elektrolitski kondenzator, kapacitete 100 nF.

• Nastavitev kontrasta - V0 [3]

Največji kontrast prikazovalnika bi dosegli z neposredno vezavo priključka na

maso, vendar postane s tem prikaz slabo ločljiv. Za dosego optimalnega

kontrasta med priključek in maso vežemo upor vrednosti 6 kΩ.

• Kontrolna linija za ločevanje tipa podatkov - RS (register select) [4]

Če je ta linija na visokem logičnem nivoju krmilnik HD44780 bere podatke kot

tekst za izpis. V nasprotnem primeru, če je linija na nizkem nivoju, podatke

razume kot kontrolne ukaze. Med slednje spadajo ukazi za izbiro vrstice in

mesta zapisa posameznih znakov, upravljanje s kurzorjem in podobno.

• Kontrolna linija za izbiro branja ali pisanja - R/W (Read/Write [5]

Če je ta linija na nizkem nivoju se podatki vpisujejo v krmilnik HD44780, v

nasprotnem primeru pa se iz njega berejo. Priključek vežemo na maso, saj se

prikazovalnik uporablja le za izpis.

• Kontrolna linija za pretok podatkov - E (Enable) [6]

Mikrokrmilnik postavi to linijo na visok logični nivo in s tem označi začetek

prenosa podatkov. Po končanem prenosu, postavi linijo nazaj na nizek nivo.

Page 39: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 39

• Podatkovni priključki - DB4~DB7 (Data Bit 4 ~ Data Bit7) [7 ~ 14]

Ti štirje priključki se uporabljajo za prenos podatkov med mikrokrmilnikom in

prikazovalnikom ter tvorijo 4-bitno podatkovno vodilo. Izbrani modul podpira

tudi hitrejšo, 8-bitno komunikacijo, vendar potrebuje osem podatkovnih linij.

Izbran 4-bitni način je za potrebe projekta povsem dovolj, saj je količina

podatkov za izpis majhna. Zmanjša se tudi potrebno število priključkov

mikrokrmilnika. Na podatkovnih linijah je potrebno zagotoviti visoke logične

nivoje, zato so vezani na napajanje. Dvižni upori vrednosti 1 kΩ služijo za

omejitev toka.

• Anoda osvetlitvene diode - A (Anode) [15]

Je pozitivna sponka vgrajene diode LED (Light Emitting Diode) za osvetlitev

prikazovalnika. Za maksimalno osvetlitev pri 5-V napajanju ni potrebno dodajati

predupora, saj ga prikazovalnik za to napetost že vsebuje. Sponko zato

povežemo na napajanje.

• Katoda osvetlitvene diode - C (Cathode) [16]

Je negativna sponka osvetlitvene diode LED. Vežemo jo na maso.

Za povezavo prikazovalnika z mikrokrmilnikom je potrebnih nekaj dodatnih elementov.

Slika 3.4.8 prikazuje elemente in vezavo prikazovalnika. Dvižni upori vrednosti 1 kΩ

zagotavljajo potrebno visoko logično stanje na podatkovnih linijah. Mikrokrmilnik ima na

priključkih porta B, kjer so priključene podatkovne linije prikazovalnika, sicer vgrajene

notranje dvižne upore, ki jih lahko programsko omogočamo, vendar smo se zaradi

enostavnejše programske kode odločili za uporabo zunanjih. Gladilni kondenzator,

vrednosti 100 µF, med napajalnim priključkom in maso služi za stabilizacijo napajalne

napetosti.

Med izhodni priključek V0 in maso vežemo upor vednosti 6 kΩ in tako nastavimo

optimalen kontrast prikazovanja.

Page 40: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 40

Slika 3.4.8: Vezje za povezavo modula LCD na oddajniku

3.4.6 Napajanje oddajnega vezja

Vezje oddajnika potrebuje za delovaje le vir 5-voltne napetosti. Uporabljene komponente

imajo majhno tokovno porabo, hkrati pa v vezju ni induktivnih porabnikov, ki bi ob

vklopih slabšali stabilnost napajalne napetosti. Kljub temu moramo zagotoviti stabilen vir

napajanja, ki bo učinkovito pretvarjal 12-voltno napetost baterije. Za ta namen uporabimo

5-voltni napetostni regulator L7805CV. Regulator daje na izhodu napetost 5 V, s toleranco

35 mV. Ima nizko izhodno upornost in je s primernim hladilnim elementom zmožen

zagotavljati tokove do 1,2 A. Vsebuje termalno in pretokovno zaščito. Za delovanje ne

potrebuje posebnih komponent, zaželeno pa je dodati gladilne kondenzatorje med obe

priključni sponki in maso. Na sliki 3.4.9 je prikazana vezava napetostnega stabilizatorja

L7805CV.

Page 41: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 41

Slika 3.4.9: Shema priklopa napetostnega regulatorja L7805CV

3.5 Sprejemni del

3.5.1 Zahteve in lastnosti sprejemnika

Vezje sprejemnika je nameščeno na plovilu in mora zadostiti naslednjim zahtevam:

• hitro in učinkovito izvajanje prejetih ukazov,

• majhna poraba energije,

• majhna velikost in

• zanesljivo delovanje.

Od sprejemnika pričakujemo hitro in učinkovito izvajanje prejetih ukazov, zato sta v tem

vezju uporabljena dva mikrokrmilnika. Vhodne podatkovne priključke obeh

mikrokrmilnikov združimo in s tem ustvarimo skupno podatkovno vodilo in s tem

dosežemo delitev opravil ter vzporedno izvajanje ključnih funkcij modela. Zaradi

varčevanja s prostorom na tiskanini uporabimo komponente z integriranimi vezji, kjer je to

mogoče. Z ločitvijo napajanja mikrokrmilnikov od ostalih porabnikov poskrbimo za

nemoteno delovanje vseh komponent. Ločevanje podatkovnih in napajalnih linij pri

načrtovanju tiskanine še dodatno prispeva k zanesljivosti delovanja sprejemnika.

3.5.2 Blokovna shema in delovanje

Na sliki 3.5.1 je prikazana blokovna shema elementov sprejemnika. Osrednja elementa

sprejemnega vezja, sta mikrokrmilnika PIC16F876A. Vhodna priključka njunih serijskih

vmesnikov (Rx) povežemo in priključimo na podatkovni izhod sprejemnega modula

ER400TRS. S tem ustvarimo skupno podatkovno vodilo.

Page 42: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 42

Slika 3.5.1: Blokovna shema sprejemnika

Podatke, namenjene posameznemu mikrokrmilniku ločimo programsko, s programsko

dodelitvijo naslova vsakemu od krmilnikov. Funkcije, kot so krmiljenje pogonskih

motorjev in premikanje kamere, se tako lahko izvajajo vzporedno. To omogoča

spremljanje dogajanja okoli modela med plovbo.

Prvi mikrokrmilnik skrbi za spreminjanje smeri in hitrosti vrtenja pogonskih motorjev.

Oba enosmerna motorja sta velika tokovna porabnika, zato ju ne moremo neposredno

priključiti na izhode krmilnika. Potrebujemo vmesniško vezje, ki je sposobno zagotoviti

večje tokove in napetosti. Izbrali smo integrirano različico vezja, znanega pod imenom

H-most, v obliki čipa L298N. Podrobneje bo opisan v nadaljevanju. Isti mikrokrmilnik je

uporabljen tudi za krmiljenje koračnega motorja pri pogonu sistema za izmet vabe. Tudi

tega krmilimo posredno, preko integriranega ojačevalnega vezja ULN2803A. S pomočjo

tega vezja prvi mikrokrmilnik tudi vklaplja in izklaplja oba načina osvetlitve modela.

Z drugim mikrokrmilnikom izpisujemo stanje akumulatorskih baterij na krovu in krmilimo

servo motorje. Za premikanje kamere zadostuje en servo motor, saj jo premikamo le v

horizontalni smeri. Preostala motorja sta uporabljena za izpust obeh navezov. Krmiljenje

servo motorjev ne potrebuje dodatnih vmesniških vezij, saj ti motorji že vsebujejo vgrajeno

Page 43: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 43

krmilno elektroniko. Z mikrokrmilnikom elektroniki le posredujemo podatke o želenih

položajih osi.

Oba mikrokrmilnika med delovanjem vklapljata in izklapljata statusne diode LED, ki

vizualno prikazujejo izvajanje nekaterih funkcij programske kode. Vsak krmili po dve

diodi. Prva služi kot pokazatelj neprekinjenega delovanja in je ves čas vklopljena, drugo pa

krmilnik kratko vklopi, kadar prispeli podatki niso namenjeni njemu. S tem je dosežen

stalen nadzor operativnega stanja programske kode v krmilniku. V primeru nepravilnega

delovanja tako lažje odkrijemo napake.

3.5.3 Krmilnik PIC16F876A

Po lastnostih je enak krmilniku PIC16F877A, ki je uporabljen pri oddajniku, le da je ta v

manjšem ohišju (28 priključnih sponk) in ima pet priključkov za A/D pretvorbo. Razpored

priključkov je prikazan na sliki 3.5.2.

Slika 3.5.2: Razpored priključkov krmilnika PIC16F876A

Enaki so tudi elementi za osnovni priklop in delovanje. Za generiranje frekvence delovanja

je tudi pri tem mikrokrmilniku uporabljen kvarčni oscilator s frekvenco 4 MHz.

Priključimo ga na priključka 9 in 10. Večjo zanesljivost oscilatorja dosežemo z dvema

keramičnima kondenzatorjema kapacitivnost 22 pF, ki ju vežemo med priključka

oscilatorja in maso. Slika 3.5.3 prikazuje priključitev osnovnih elementov za delovanje

mikrokrmilnika PIC16F876A.

Page 44: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 44

Slika 3.5.3: Osnovno vezje za delovanje mikrokrmilnika PIC16F876A

3.5.4 Pogonska motorja Graupner Speed 400

Za pogonska motorja smo izbrali pogosto uporabljan model modelarskih enosmernih

krtačnih motorjev. Te motorje je mogoče napajati tudi z nekoliko višjimi napetostmi od

nazivne, odlikuje pa jih tudi dober izkoristek. Tabela 3.5.1 prikazuje nekatere tehnične

podatke izbranega motorja [4].

Tabela 3.5.1: Izbrani tehnični podatki motorja Graupner Speed 400

Nazivna napetost 6 V

Območje obratovalne napetosti 2,4 - 8,2 V

Število vrtljajev v minuti pri neobremenjenem motorju 18.000

Tokovna poraba brez obremenitve 0,7 A

Tokovna poraba pri največjem izkoristku 4 A

Največji izkoristek brez prenosov 70 %

Premer ohišja 27,7 mm

Uporabljena enosmerna motorja sta krtačnega tipa s komutatorjem. Komutator je izveden

mehansko in skupaj s krtačkami služi za prepolarizacijo navitja, vsakih 180 stopinj obrata

osi. S tem ustvari vrtilni moment, ki poganja rotor. Elektromagnetno (EM) polje v navitju

se razširja tudi izven ohišja, zato tak motor hkrati deluje tudi kot oddajnik motilnega

elektromagnetnega signala. Kadar so hitrosti motorja majhne, tokovi pa nizki, običajno

pojav ni moteč. Pri višjih hitrostih pa so frekvence teh signalov lahko v frekvenčnem pasu

Page 45: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 45

reda MHz. To lahko povzroča motnje v komunikacijah, predvsem pri radijskih zvezah.

Motilne frekvence elektromagnetnih signalov modelarskih motorjev običajno dušimo z

uporabo filtrirnih kondenzatorjev, ki jih vežemo med priključne sponke napajanja.

Zaželeno je, da so keramični in nameščeni čim bližje komutatorju, zato jih imajo nekateri

motorji vgrajene v ohišjih. V uporabljenih motorjih sta kondenzatorja vrednosti 47 nF.

3.5.5 H-most

Model krmarimo s spreminjanjem smeri vrtenja in hitrosti posameznega motorja. Za

dosego spremembe smeri enosmernih motorjev je potrebno zamenjati polariteto priključnih

sponk. Elektronsko to storimo s posebnim vezjem, imenovanim H-most (H-bridge). Ime

izhaja iz oblike vezja, ki spominja na črko H. Slika 3.5.4 prikazuje princip delovanja.

Slika 3.5.4: Princip delovanja vezja H-most.

S preklapljanjem štirih stikal dosežemo spremembo smeri toka skozi motor, s čimer se

zamenja tudi smer vrtenja enosmernega motorja. S sklenjenima stikaloma S1 in S4, teče

tok skozi navitje motorja v smeri od leve proti desni. Motor se vrti v levo. Pri tem sta

stikala S3 in S2 odprta. Ko želimo obrniti smer vrtenja, postopamo obratno. S1 in S4

razklenemo, sklenemo pa stikala S3 in S2. Tok v motor sedaj teče od desne proti levi, zato

se motor vrti v desno. Hkrati vklopimo in izklopimo po dve stikali, zato sta za takšno

krmiljenje potrebna le dva krmilna signala. Z vklopi S1 in S3 (ali S2 in S4), lahko

zaviramo vrtenje motorja, saj takrat napravimo kratek stik navitja. Vrteči se motor bi

deloval kot generator, katerega inducirana napetost bi poskušala zavrteti rotor v drugo

smer. Tega načina delovanja ne potrebujemo. V primeru sklenitve stikal S1 in S2 (ali S3 in

S4), bi v vezju nastal kratek stik napajalne napetosti, zato takšna kombinacija vklopov

Page 46: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 46

stikal ni dovoljena. Pri izgradnji teh vezij za manjše tokove namesto stikal običajno

uporabimo tranzistorje. Največkrat so zgrajeni z uporabo MOSFET tranzistorjev, vezja pa

se dobijo tudi v integrirani obliki. Zaradi varčevanja s prostorom na tiskanini in želje po

čim večji integraciji smo se tudi mi odločili za takšno izvedbo. Ker imamo dva pogonska

motorja, ki ju želimo krmiliti neodvisno, smo izbrali čip L298N [5]. Vsebuje dvojno H-

most vezje (vezje I, II) v ohišju na sliki 3.5.5. Izvedba je primerna za krmiljenje

induktivnih bremen, kot so enosmerni krtačni motorji, koračni motorji, releji in tuljave. Z

njim je možno regulirati napetosti do 48 V, s tokovi do 4 A. Z montažo primernega

hladilnega elementa, lahko tokovno območje še nekoliko povečamo, kar tudi storimo. Proti

pregrevanju je vgrajena toplotna zaščita. Ima ločeni napajalni liniji za krmilno logiko in

bremena. Vhodi se krmilijo napetostno, s pulzi standardne tranzistorsko-tranzistorske

logike (TTL).

Slika 3.5.5: Integrirana izvedba dvojnega H-most vezja - L298N.

Pomen in razpored petnajstih priključkov gonilnika L298N prikazuje slika 3.5.6.

Slika 3.5.6: Razpored priključkov L298N

Page 47: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 47

• Tokovni izhod vezja II - Current sensing II [1]

Preko tega priključka se s povezavo na maso zaključi tokokrog vezja II. Če je

med tem priključkom in maso vezan merilni (Shunt) upor, lahko preko padca

napetosti na njem merimo tok priključenega bremena. Tokovne porabe

pogonskih motorjev ne merimo, zato ta priključek vežemo na maso.

• Izhod 1- Out1 [2]

Prvi izhod H-most vezja I. Povezan je s prvo sponko motorja v levem trupu

modela.

• Izhod 2 - Out2 [3]

Drugi izhod H-most vezja I. Povezan je z drugo sponko motorja v levem trupu

modela.

• Napajalna napetost bremena - Vs [4]

Na to sponko se priključi napajalna napetost za motorja. Ko želimo največjo

hitrost vrtenja motorjev, vezje prepušča praktično vso napetost te sponke na

izhodne priključke. Ker ne želimo napajati motorjev z napetostjo večjo od 8 V,

naj bo napetost na tej sponki 8 V.

• Vhod - In1 [5]

Priključek za vhodni krmilni signal H-most vezja I. S pulzi na tem priključku

krmilimo napetost na izhodu 1.

• Omogočitev vezja I - En I [6]

Preko tega vhodnega priključka je možen izklop delovanja H-most vezja I.

Delovanje je omogočeno le, kadar je na tem priključku visok logični nivo.

Priključek omogoča neposreden priklop na mikrokrmilnik in je namenjen

zmanjševanju energijske porabe kadar vezje I ni aktivno. Poraba vezja v stanju

mirovanja je zanemarljiva, zato ta priključek vežemo na potencial krmilne

logike (5 V).

• Vhod 2 - In2 [7]

Priključek za vhodni krmilni signal H-most vezja I. S pulzi na tem priključku

krmilimo napetost na izhodu 2.

Page 48: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 48

• Ozemljitev - Gnd [8]

Ozemljitvena linija za priklop gonilnika L298N na skupno maso.

• Napajalna napetost krmilne logike - Vss [9]

Krmilna logika gonilnika L298N deluje z napetostjo 5 V, zato ta priključek

povežemo z napajalno napetostjo mikrokrmilnikov.

• Vhod 3 - In3 [10]

Priključek za vhodni krmilni signal H-most vezja II. S pulzi na tem priključku

krmilimo napetost na izhodu 3.

• Omogočitev vezja II - En II [11]

Preko tega vhodnega priključka je možen izklop delovanja H-most vezja II. Tudi

to vezje je ves čas aktivno, zato priključek vežemo na potencial krmilne logike.

• Vhod 4 - In4 [12]

Priključek za vhodni krmilni signal H-most vezja II. S pulzi na tem priključku

krmilimo napetost na izhodu 4.

• Izhod 3 - Out3 [13]

Prvi izhod H-most vezja II. Povezan je s prvo sponko motorja v desnem trupu

modela.

• Izhod 4 - Out4 [14]

Drugi izhod H-most vezja II. Povezan je z drugo sponko motorja v desnem trupu

modela.

• Tokovni izhod vezja I - Current sensing I [15]

Preko tega priključka se s povezavo na maso zaključi tokokrog vezja I. Ker

tokov motorjev ne merimo, priključek brez merilnega upora vežemo na maso.

Integrirano vezje L298N je sestavljeno iz dveh enakih H-most vezij z bipolarnimi

tranzistorji. Na sliki 3.5.7 je prikazana poenostavljena notranja struktura elementa.

Page 49: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 49

Slika 3.5.7: Notranja zgradba L298N

Na baze zgornjih tranzistorjev so priključena standardna logična IN vrata, na baze spodnjih

pa IN vrata z invertiranim enim od vhodov. Za delovanje posameznega vezja mora biti to

najprej omogočeno z visokim napetostnim nivojem na omogočitvenih priključkih En I in

En II. Ko je prisoten signal na vhodu In1, sta odprta tranzistorja A in D. Izhodni tok v tem

primeru teče iz priključka Out1, preko motorja, v Out2. V primeru, da je krmilni signal

prisoten na vhodu In2, teče tok v obratni smeri. Na izhodne priključke Out1 in Out2

priključimo prvi motor, na Out3 in Out4 pa drugega. Zaradi logičnih vrat na vhodih

tranzistorjev moramo vezje krmiliti s TTL logičnimi nivoji. Takšna vezava je ugodna, saj

lahko vhode priključimo neposredno na mikrokrmilnik.

Hitrost vrtenja motorjev spreminjamo z uporabo pulzno-širinske modulacije (PWM). Ta

tehnika se pogosto uporablja za krmiljenje moči bremen. Napetost na izhodu spreminjamo

v obliki pulzov različnih dolžin. Razmerje med signalom in pavzo določa povprečno

vrednost napetosti (in toka), ki jo breme občuti. Temu razmerju pravimo delovni cikel

(Duty cycle). Na sliki 3.5.8 je prikazan princip pulzno-širinske modulacije. Ko je razmerje

med visoko in nizko vrednostjo signala v eni periodi T enako, breme na izhodu vezja

občuti polovično vrednost napajalne napetosti. V drugem signalu na sliki 3.5.8, je visok

nivo signala samo 20 % periode. Izhodna napetost je v tem primeru 20 odstotkov

napajalne. Frekvenco pulzov izberemo dovolj visoko, da motor gladko teče. Izbrali smo

frekvenco 2 kHz.

Page 50: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 50

Slika 3.5.8: Pulzno-širinska modulacija (PWM)

S pulzno moduliranimi signali na vhodih obeh H-most vezij torej spreminjamo napetosti na

obeh izhodih, s preklopi teh signalov na ustrezne vhode pa še smeri tokov. Za izbrano

krmiljenje potrebujemo štiri pulzno modulirane signale, mikrokrmilnik PIC16F876A pa

ima le dva strojno implementirana PWM izhodna priključka. Seveda je možno uporabili

tudi splošno namenske izhode krmilnika in pulze generirati programsko, vendar je prednost

namenskih v tem, da poteka generiranje signalov vzporedno z ostalimi funkcijami

programske kode. Pomanjkanje teh priključkov smo rešili tako, da vsakemu motorju

namenimo po en PWM kanal mikrokrmilnika, nato pa signal preklapljamo med obema

vhodoma posameznega H-most vezja. Preklope izvedemo z dvema relejema, ki delujeta

kot signalni kretnici. Z enim preklapljamo prvi kanal med priključkoma In1 in In2, ko

krmilimo levi motor, z drugim pa vodimo drugi kanal na priključke In3 ali In4, za

krmiljenje desnega motorja. Slika 3.5.9 prikazuje uporabljeno vezje za krmiljenje

pogonskih motorjev.

Oba PWM signala dobimo iz izhodnih priključkov RC1 in RC2 prvega mikrokrmilnika

PIC16F876A in jih s preklopi obeh relejev vodimo na ustrezne vhode gonilnika L298N.

Uporabljena sta releja z dvojnim stanjem (Two State Relay). Od običajnih relejev se

razlikujeta po tem, da ohranita izbrano stanje tudi po prekinitvi napajanja preklopne

tuljavice. S tem porabljata tok le ob preklopih in prispevata k manjši porabi energije.

Tranzistorji BC547 so NPN tipa in služijo kot ojačevalne stopnje za krmiljenje relejev.

Vezani so v orientaciji s skupnim emitorjem. Krmilimo jih s signali istega mikrokrmilnika,

preko izhodnih priključkov od RB4 do RB7.

Page 51: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 51

Slika 3.5.9: Krmilno vezje pogonskih motorjev

3.5.6 Koračni motor in gonilno vezje

Izmet vabe se izvaja z natančnimi premiki sistema za izmet. Ker gre pri tem sistemu za

krožno zajemanje, za pogon izberemo koračni motor s primernim zobniškim reduktorjem

moči in jermenskim prenosom. Koračni motorji imajo za razliko od krtačnih več navitij, ki

omogočajo premike po korakih. Obstaja več tipov teh motorjev, uporabljena pa je štiri-

fazna, unipolarna izvedba. Razlog je v enostavnem krmiljenju in tudi tem, da jih lahko

vzamemo iz odsluženega tiskalnika, kjer se pogosto uporabljajo. Na sliki 3.5.10 je

prikazana zgradba uporabljenega motorja.

Slika 3.5.10: Koračni motor SMB35-4868-B

Page 52: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 52

Motor pri polnem obratu osi napravi 48 korakov, kar pomeni 7,5° na korak. Ima dve

navitji, s skupno vezanima sredinskima odcepoma. To daje štiri krmilne priključke ali faze,

od koder izhaja tudi ime štiri-fazni koračni motor. Slika 3.5.11 prikazuje poenostavljen

princip izvedbe navitij. Tok skozi posamezno fazo ustvari v tem delu navitja magnetno

polje, ki pritegne os, pritrjeno na trajni magnet. V primeru napajanja navitij v zaporedju od

F1 do F4, bi se rotor motorja zavrtel v protiurni smeri. Hitrost motorja je odvisna od

hitrosti preklapljanja signala med fazami. Izvedba na sliki 3.5.11 opravi le štiri korake za

polni obrat osi, zato so dejanske izvedbe motorjev napravljene dosti bolj kompleksno.

Navitja uporabljenega motorja so dimenzionirana za napetosti 12 V in porabo toka 0,24 A

na posamezno fazo. Ne smemo jih neposredno priključiti na izhode mikrokrmilnikov,

temveč jih moramo prej ojačiti. Uporabljeni so tranzistorji tipa NPN v Darlington vezavi.

Glede načina priključitve in krmiljenja posameznih faz imamo na voljo več možnosti.

Običajno sta sredinska odcepa združena in jih vežemo na pozitivni pol napajanja, vse štiri

faze pa krmilimo tranzistorsko. Tranzistorji ustvarjajo stik navitij z maso in tako zaključijo

tokokroge.

Glede zaporedja in smeri tokov v navitja poznamo več načinov delovanja, oziroma

krmiljenja. Smeri toka ne bomo obračali, prav tako bomo vklapljali hkrati le po eno fazo.

Takšen način sicer ustvarja najmanjši navor motorja, vendar za delovanje porabi najmanj

toka. Ker za sistem izmeta vabe ni potrebna velika moč, smo se odločili za varčnejšo

izvedbo krmiljenja.

Slika 3.5.11: Princip navitij koračnega motorja

Page 53: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 53

Zaradi varčevanja s prostorom na tiskanini je uporabljena integrirana izvedba polja NPN

tranzistorjev, v obliki čipa ULN2803A [6]. Blokovna shema elementa z razporedom

priključnih sponk je prikazana na sliki 3.5.12.

Slika 3.5.12: Blokovna shema in razpored priključkov čipa ULN2803A

ULN2803A vsebuje osem ločenih tranzistorskih ojačevalnih stopenj v Darlington vezavi.

Takšna vezava je sestavljena iz dveh tranzistorjev, ki sta v uporabljeni izvedbi vezana v

orientaciji s skupnim emitorjem. Notranja zgradba ojačevalnega elementa je prikazana na

sliki 3.5.13.

Slika 3.5.13: Darlington vezava tranzistorjev v ojačevalnem elementu ULN2803A

Vezava se uporablja za različne namene, kjer želimo visoke stopnje ojačenja. Z vgrajenim

baznim uporom 2,7 kΩ so ojačevalne stopnje primerne za krmiljenje z vhodnimi

napetostmi do 5 V, bazni tokovi pa so omejeni na največ 25 mA. Tako je mogoče vezje

Page 54: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 54

krmiliti neposredno z mikrokrmilniki. Posamezen izhod lahko obremenimo s konstantnim

tokom največ 500 mA ter napetostjo 50 V. To je več kot dovolj za krmiljenje navitij

izbranega koračnega motorja. Če bi želeli krmiliti večje tokove, bi lahko z vzporedno

vezavo vhodov in izhodov združili več stopenj. Izhodi vsebujejo zaščitne diode, ki ob

izklopih induktivnih porabnikov, kot so navitja, preprečujejo uničenje tranzistorjev. Za

krmiljenje koračnega motorja so uporabljene štiri ojačevalne stopnje, zato lahko preostale

štiri uporabimo za napajanje svetlečih diod modela (LED). Služile nam bodo za

osvetljevanje okolice med plovbo ponoči. Vezje za krmiljenje koračnega motorja je

prikazano na sliki 3.5.14.

Slika 3.5.14: Vezje za krmiljenje koračnega motorja z gonilnim vezjem ULN2803A

3.5.7 Servo motorji

V modelarstvu se zaradi svojih edinstvenih lastnosti pogosto uporabljajo enosmerni servo

motorji. Njihova značilnost je krmiljenje pogonske osi po korakih premika. Za razliko od

koračnih motorjev ti za premike osi ne vsebujejo ločenih navitij, ampak imajo vgrajene

enosmerne krtačne motorje z zobniškimi prenosi. Delovanje motorja krmili vgrajeno vezje,

ki poganja motor dokler pogonska os ne doseže želenega kota zasuka. Informacijo o

trenutnem položaju osi dobi preko spremembe upornosti potenciometra, katerega os je

mehansko povezana s pogonsko. Na sliki 3.5.15 je predstavljena zgradba tipičnega

modelarskega servo motorja.

Page 55: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 55

Slika 3.5.15: Zgradba modelarskega servo motorja

Motorji so običajno napajani z napetostjo 5 V, tok pa je odvisen od navora. Imajo tri

priključne sponke, od katerih sta dve za napajanje z enosmerno napetostjo, tretja pa je

krmilna, po kateri pošiljamo krmilne pulze za želene kote zasuka. Večina modelarskih

servo motorjev omogoča 180-stopinjske kote zasuka. Srednji položaj osi je na 90°, nato pa

lahko os po korakih premikamo levo ali desno v obe skrajni legi. Koti zasuka so določeni z

dolžinami pulzov, ki jih pošiljamo krmilnemu vezju. Proizvajalci servo motorjev

uporabljajo nekoliko različne dolžine pulzov, vendar pa se večina motorjev krmili s pulzi

dolžine med eno in dvema milisekundama, kot prikazuje slika 3.5.16.

Za delovanje je pomembna tudi frekvenca pulzov, saj vezja servo motorjev merijo čas

trajanja visokega nivoja pulza, glede na celotno periodo. Ta mora pri večini servo motorjev

znašati 20 ms. Frekvenca pulzov je torej 50 Hz. V primeru, da želimo spremembo kota osi

iz enega skrajnega položaja v drugi, mora biti vlak krmilnih pulzov med premikom ves čas

prisoten, zato je pomemben podatek za praktično uporabo servo motorjev tudi dolžina

trajanja krmilnega signala. Običajno zasuk za 180° ne traja dlje od ene sekunde. Pri

kvalitetnejših servo motorjih, vgrajena krmilna elektronika spreminja napetost

Page 56: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 56

pogonskemu motorju v odvisnosti od predhodnega položaja osi in želenega kota zasuka.

Večji kot je potreben zasuk glede na trenutni položaj osi, večja bo začetna hitrost motorja.

Ko se os približa končnemu položaju, vezje zmanjša hitrost.

Slika 3.5.16: Krmilni signali in koti zasuka modelarskih servo motorjev

Vse parametre pulzov nastavimo s krmilnim vezjem. Za krmiljenje servo motorjev je

uporabljen drugi mikrokrmilnik PIC16F876A. Razlog za uporabo dveh mikrokrmilnikov je

ravno v časih trajanja krmilnih signalov servo motorjev, da se ti lahko prevrtijo med

skrajnima legama. V primeru, da bi samo enemu od treh servo motorjev želeli spremeniti

kot zasuka iz ene skrajne lege v drugo, bi lahko ta proces trajal eno sekundo, kar bi

mikrokrmilniku onemogočilo izvajanje drugih funkcij kot je krmiljenje pogonskih

motorjev. Ker imajo uporabljeni servo motorji lastno krmilno vezje, signali za upravljanje

pa so kompatibilni s TTL nivoji mikrokrmilnika, jih lahko priključimo neposredno na

njegove izhodne priključke. Z njim krmilimo oba servo motorja za izpust navezov in enega

za premikanje kamere.

3.5.8 Osvetlitev

Ker želimo, da bo mogoče model uporabljati tudi v temi, mu dodamo osvetlitvene diode.

Uporabljena kamera je občutljiva na infrardečo svetlobo (IR), zato lahko okoli objektiva v

ohišju kamere namestimo infrardeče diode, na trup čolna pa svetleče LED diode z belo

svetlobo. Infrardečo svetlobo delimo po valovni dolžini na tri pasove. V video nadzornih

sistemih se za osvetlitev največ uporablja prvi pas, ki je valovne dolžine med 700 in 1400

nm. Uporabljene infrardeče diode, imajo valovno dolžino 850 nm.

Page 57: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 57

Za infrardečo osvetlitev je uporabljeno že obstoječe vezje, ki vsebuje 36 infrardečih diod.

Na tiskanini je stikalno vezje s fotouporom, ki diodam vklopi napajanje, ko postane

svetloba v okolici prešibka. Tiskanina ima na sredini izvrtino za namestitev preko

objektiva kamere. Slika 3.5.17 prikazuje uporabljeno tiskanino z IR diodami.

Slika 3.5.17: Tiskanina z IR diodami in fotouporom

Pri napajanju z 12 V porabi vezje 80 mA toka. Poraba omogoča krmiljenje preko

ULN2803A čipa, na katerem so ostali še štirje prosti pari priključkov. Vklop in izklop

vezja krmilimo s prvim mikrokrmilnikom PIC16F876A, preko priključka RA0.

3.5.9 Prikazovalnik LCD na sprejemniku

Prikazovalnik uporabljamo za nadzor kapacitete baterij na krovu. Ker je uporabljeno

ločeno napajanje večjih tokovnih porabnikov in mikrokrmilnikov, je potrebno prikazovati

dve številčni vrednosti o stanju kapacitete baterij. Uporabljen je prikazovalnik z dvema

vrsticama po 16 znakov. Prikazovalnik je zaradi nižje cene in varčevanja z energijo brez

osvetlitve. Modul prikazovalnika ima grajen enak krmilnik, kot tisti na oddajni strani. Enak

je tudi razpored priključkov ter njihove funkcije, zato je podobna tudi priključna shema

(slika 3.5.18). Vezje se od vezave prikazovalnika na oddajni strani razlikuje le v tem, da ni

priklopa za osvetlitev in da je za nastavitev optimalnega kontrasta uporabljen upor

vrednosti 1 kΩ. Tudi pri tem prikazovalniku je uporabljena štiri-bitna komunikacija, s

priključki od DB4 do DB7. Krmili ga isti mikrokrmilnik kot servo motorje.

Page 58: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 58

Slika 3.5.18: Priključna shema prikazovalnika LCD na sprejemniku

3.5.10 Napajanje

Vezje sprejemnika napaja in krmili mnogo večje porabnike kot oddajniško, poleg tega pa

jih je večina induktivnega značaja. Med takšne porabnike sodita oba pogonska motorja,

koračni motor in tudi servo motorji, saj tudi ti vsebujejo navitja. Slabost induktivnih

bremen pride najbolj do izraza pri vklopih motorjev, saj je začetni tok pri zagonu lahko

tudi nekajkrat višji kot med delovanjem. Oba pogonska motorja sta celo krmiljena s pulzno

napetostjo, pri čemer se motorju neprestano prekinja napajanje. Tudi vrtenje koračnega

motorja poteka z zaporednimi vklopi posameznih navitij. Posledica tega so veliki padci

napetosti na napajalnih linijah. Ker je napajanje modela baterijsko, se ti padci z

iztrošenostjo baterije le še povečujejo. Za napajanje mikrokrmilnikov je zaželena čim bolj

stabilna napajalna napetost, zato smo se odločili za ločeno napajanje krmilne logike in

ostalih porabnikov. Za napajanje mikrokrmilnikov in prikazovalnika je uporabljena

svinčena akumulatorska baterija manjše kapacitete (1,2 Ah), z napetostjo 12 V. Ostale

porabnike napajamo z dvema svinčenima baterijama kapacitete 2,3 Ah, napetosti 12 V. Z

njuno vzporedno vezavo povečamo tokovno zmogljivost, oziroma podvojimo kapaciteto

napajanja. Za pravilno delovanje elektronike je pomembno, da sta masi obeh virov

napetosti povezani. Razlog za uporabo svinčenih baterij je pravzaprav v njihovi teži.

Velikost modela in lahka konstrukcija zahtevata dodatno obtežitev, saj bi drugače plovilo

imelo premajhen ugrez za pogonska propelerja. Dodatna prednost teh baterij je v ceni. Za

enako kapaciteto drugih tipov baterij bi plačali več.

Page 59: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 59

Koračni motor v sprejemnem vezju je dimenzioniran za napetost 12 V, zato ga lahko

napajamo neposredno, z napetostjo akumulatorja, ostalim porabnikom pa moramo

zagotoviti ustrezne nižje napetosti. Pogonska motorja sta sicer dimenzionirana za

napajanje s šestimi volti, vendar bomo gonilno H-most vezje napajali z napetostjo 8 V.

Razlog je v skupnem padcu napetosti na obeh bipolarnih tranzistorjih v krmilnem vezju, ki

lahko preseže 2 V [5, stran 3]. 8-voltno napetost dobimo z uporabo napetostnega

regulatorja L7808, v TO220 ohišju. Na izhodu daje stabiliziran vir napetosti 8 V in toka do

1,5 A. S primernim hladilnim elementom lahko izhodni tok še nekoliko povečamo. Kljub

dodanim hladilnim elementom, je tokovna poraba pogonskih motorjev še vedno prevelika,

zato vzporedno vežemo dva regulatorja in tako podvojimo tokovno zmogljivost. Vhodni

sponki obeh regulatorjev priključimo na vir napetosti bremen. Slika 3.5.19 prikazuje

vezavo obeh regulatorjev.

Slika 3.5.19: Vzporedna vezava dveh napetostnih regulatorjev LM7808

Za napajanje obeh mikrokrmilnikov in krmilne logike H-most gonilnega vezja

potrebujemo vir 5-voltne napetosti. Uporabljen je enak napetostni stabilizator kot pri

oddajnem vezju. Tudi servo motorje napajamo z napetostjo 5 V. Ker ne želimo uporabiti

napajanja iz vira za mikrokrmilnike, potrebujemo dodatni 5-voltni regulator, katerega

vhodno sponko priključimo na vir napetosti bremen. Tudi oba 5-voltna regulatorja sta v

izvedbi s TO220 ohišjem. Čeprav je zagotovljene več kot dovolj energije za zahtevano

polurno avtonomijo modela, vseeno izvedemo nadzor kapacitete baterij. Uporabimo lahko

posredno metodo merjenja, preko napetosti baterij. Merjenje kapacitete, preko napetosti na

sponkah baterije, je sicer dokaj nenatančna metoda, vendar je relativno dober pokazatelj

glede na kompleksnost vezja za merjenje. Iz grafa na sliki 3.5.20 je razviden potek

napetosti tipične 12-voltne svinčene akumulatorske baterije v odvisnosti od stanja

napolnjenosti.

Page 60: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 60

Slika 3.5.20: Napetost tipične svinčene 12-V baterije v odvisnosti od napolnjenosti

Iz grafa je razvidno, da je padec napetosti na sponkah baterije dokaj linearno odvisen od

kapacitete, vse do 10-odstotne napolnjenosti, nato pa napetost strmo pade. Iz grafa

sklepamo, da ta tip baterije ni primeren za globoko izpraznjenje. Ko pade napetost pod

mejo 11,5 V jih moramo ponovno napolniti. Ta metoda merjenja kapacitete je najbolj

zanesljiva pri neobremenjenem stanju baterij, saj tokovi med delovanjem bremen

povzročajo velike padce napetosti na baterijah.

3.6 Zajem slike in prenos video signala

Model želimo opremiti z brezžičnim sistemom za zajem slike in prenos video signala. Ker

so v teh vezjih prisotni visokofrekvenčni signali, vezja pa so kompleksna, raje uporabimo

obstoječo komercialno izvedbo. Pri izbiri pazimo na skladnost oddajne moči in frekvence z

Uredbo o načrtu razporeditve radiofrekvenčnih pasov [8].

Page 61: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 61

3.6.1 Zahteve in lastnosti

Razvoj brezžičnega sistema za zajemanje in prenos video signala ni bil predmet raziskave,

zato smo uporabili že izdelano komercialno izvedbo. Pri nakupu je potrebno upoštevati

naslednje lastnosti sistema:

• čim manjša poraba energije,

• zajemanje, prenos in reprodukcija barvne slike,

• stabilnost prenosa signala,

• domet zveze vsaj 30 metrov in

• nizka cena.

3.6.2 CMOS kamera

Pri izbiri tipa svetlobnega senzorja kamere sta na voljo tehnologiji CCD in CMOS. V obeh

tehnologijah se vrši pretvorba fotonov v elektrone na podoben način kot v sončnih celicah.

Razlika med tipoma je v načinu detekcije naboja posamezne točke senzorja. Pri CCD

tehniki se naboj posamezne svetlobne točke prenaša po induciranih kanalih in se ovrednoti

na robu senzorskega polja. CMOS senzorji pa imajo vgrajene tranzistorje za vsako

svetlobno točko posebej. Nameščeni so v senzorskem polju. Nekaj fotonov tako zadene

tudi tranzistorje, posledica česa je nekoliko manj kvalitetna slika. Prednost CMOS

tehnologije svetlobnih senzorjev pa je, da za pretvorbo svetlobe in delovanje ni potrebno

dosti energije. Postopek izdelave senzorja je enak kot pri izdelavi integriranih vezij, zato

so CMOS kamere dosti cenejše od CCD. Nizka cena in majhna poraba energije sta bili

razlog za izbiro CMOS tipa kamere.

Modul uporabljene kamere ima vgrajeno vezje za pretvorbo digitalne informacije o sliki v

analogni signal na izhodu. Ima programsko implementirano sito infrardečega dela

svetlobnega spektra, ki te žarke filtrira, kadar je na voljo dovolj sončne svetlobe. Takrat se

tvori informacija o barvni sliki. Ko nivo svetlobe pade pod določeno mejo se filtriranje

izklopi in modul posreduje črno belo sliko. V tem načinu je senzor občutljiv na infrardečo

svetlobo. Na sliki 3.6.1 je prikazan modul uporabljene CMOS kamere.

Page 62: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 62

Slika 3.6.1: Modul barvne CMOS kamere

Modul je sestavljen iz treh glavnih komponent - svetlobnega CMOS senzorja, objektiva z

lečo in vezja za pretvorbo digitalne informacije o sliki v analogni video signal.

CMOS svetlobni senzor pretvarja zajeto svetlobo v digitalno informacijo o sliki. Ločljivost

uporabljenega senzorja je po podatkih proizvajalca 510x492 svetlobnih točk. Število

svetlobnih točk, ki jih vsebuje določen senzor se lahko precej razlikuje od dejanskega

števila točk, ki aktivno sodelujejo pri procesu pretvorbe svetlobe (efektivne svetlobne

točke). Glavni razlog je v tem, da so svetlobni senzorji pravokotnih oblik, objektivi kamer

pa so okrogli. Tako je celotno področje senzorja le redko obsijano. Dodatno proizvajalci na

robovih senzorskega polja celo namenoma ustvarijo pas filtrirnih točk, ki označujejo rob

polja ali pa služijo kot referenca za določanje črne barve. Način navajanja ločljivosti ni

zakonsko predpisan, zato proizvajalci cenejših kamer po navadi navajajo skupno število

točk in ne efektivnega števila.

Objektiv je monofokalnega tipa z goriščno razdaljo 3,6 mm, kot snemanja pa 62°.

Najpomembnejši faktor pri izbiri je bila končna cena video nadzornega sistema. Ker so

sistemi za prenos analognega signala dosti cenejši od digitalnih, smo se odločili za

analogno izvedbo. Pri izbiri teh sistemov moramo biti pozorni na tip TV standarda

analognega signala. V Evropi se večinoma uporablja PAL (Phase Alternating Line)

standard, v Ameriki pa je najpogostejši NTSC (National Television System Committee).

Obstajajo še drugi, ki pa so v splošnem kombinacija omenjenih dveh. Glavna razlika med

njima je v tem, da je slika pri standardu PAL nekoliko boljše ločljivosti, NTSC pa

omogoča hitrejše osveževanje. Zaradi dosti nižje cene nakupa brezžičnega video

Page 63: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 63

nadzornega sistema v tujini smo se odločili za nakup sistema s standardom NTSC. Izbrani

modul kamere podpira ta standard. Tehnični podatki modula so prikazani v tabeli 3.6.1.

Tabela 3.6.1: Tehnični podatki modula kamere

Ločljivost senzorja CMOS 510x492 točk

Horizontalna ločljivost slike 380 TV linij

Frekvenca vertikalnega osveževanja 60 Hz

Ločljivost svetlobnega CMOS senzorja kamere je podatek, ki se nanaša na digitalno

ločljivost. Zmnožek horizontalnih (510) in vertikalnih (492) točk daje podatek o njihovem

skupnem številu (0,25 Mtočk). Horizontalna ločljivost je podatek, ki je pomemben za

ločljivost njihove analogne reprodukcije (analogna slika). Digitalne in analogne ločljivosti

ne moremo strogo povezati, saj se analogna slika na končnem zaslonu (analognem) tvori

na drugačen način kot digitalna in se zato ločljivost nanaša na horizontalno število TV linij

(resolucijo). Dejansko je horizontalna ločljivost povezana s številom vertikalnih linij, ki jih

lahko zajema kamera, oba podatka pa sta povezana z razmerjem širine in višine slike, na

primer 4:3. Možna je orientacijska primerjava med številom horizontalnih točk

svetlobnega senzorja in reproducirano ločljivostjo analogne slike tako, da delimo število

horizontalnih točk svetlobnega senzorja z razmerjem 4/3:

510 4

3 382,5 ~380

Dobimo rezultat, ki je zelo blizu podatku o horizontalni resoluciji slike, ki ga navaja

proizvajalec. Frekvenca vertikalnega osveževanja je podatek ki se nanaša na hitrost

osveževanja slike pri analogni reprodukciji. Na starejših televizorjih s katodno cevjo se

slika videa ne tvori z izrisovanjem celih sličic na enkrat, temveč se posamezna slika videa

izriše v dveh delih. Najprej se izrišejo vse sode vrstice, nato pa še vse lihe. Pojav se

imenuje prepletanje (interlacing). V primeru frekvence vertikalnega osveževanja 60 Hz se

vsaka polovica slike izriše v 1/60 sekunde. Frekvenca osveževanja celotne slike na zaslonu

je tako za polovico nižja (30 Hz) od navedene v tabeli 3.6.1.

Page 64: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 64

3.6.3 Oddajnik video signala

Uporabili smo oddajnik s frekvenco 1150 MHz. Slika 3.6.2 prikazuje uporabljen oddajnik

video signala.

Slika 3.6.2: Oddajnik za prenos video signala

Vezje oddajnika ni odporno na vodo in vlago, zato ga je potrebno zaščititi z montažo v

notranjost modela. Žico, ki nadomešča anteno odstranimo in namesto nje uporabimo

komercialno vsesmerno anteno z ojačenjem 3 dBi. Oddajnik in anteno povežemo s kratkim

koaksialnim kablom. Impedanci uporabljene antene in povezovalnega kabla naj bosta

50 Ω. Oddajnik deluje z napetostjo 9 V, zato je potrebno zagotoviti primeren vir te

napetosti. Uporabimo lahko napetostni regulator LM7809.

3.6.4 Sprejemnik video signala

Sprejemnik video signala ima možnost nastavitve sprejemne frekvence. Z vgrajenim

potenciometrom nastavimo želeno frekvenco tako, da se ta ujema z oddajno. Med

delovanjem oddajnika je potrebno večkrat "uglasiti" sprejemnik z oddajno frekvenco.

Razlog je v temperaturni občutljivosti vezja za generiranje nosilne frekvence v oddajniku.

S povečanjem temperature oddajnika med delovanjem pride do pojava lezenja frekvence

oscilatorja nihajnega kroga v oddajniku. Čeprav je v vezju uporabljen kvarčni oscilator, ki

ima relativno nizko temperaturno občutljivost, se nosilna frekvenca oddajnika vseeno malo

spreminja. Zato moramo na sprejemni strani večkrat popraviti položaj potenciometra za

nastavitev frekvence sprejemanja. To je posledica nizke cene oddajnika. Boljši oddajniki

Page 65: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 65

imajo vgrajene oscilatorje s fazno zaklenjeno zanko (PLL). V osnovi je to kontrolni sistem,

ki generira izhodni signal, katerega faza poskuša slediti fazi referenčnega signala na vhodu.

Vezje je sestavljeno iz faznega primerjalnika in napetostno krmiljenega oscilatorja (VCO).

Primerjalnik primerja fazo signala na izhodu in fazo referenčnega signala na vhodu ter

ustrezno spreminja napetost oscilatorja. Tako je izhodni signal ves čas v fazi z

referenčnim, oziroma mu skuša kar najbolje slediti. Ker sta faza in frekvenca signala

povezani, se tudi frekvenca izhodnega signala usklajuje z vhodno. Ker oddajnik tega

sistema nima, poskušamo temperaturo vsaj omejiti, oziroma stabilizirati. Montaža

aluminijastega hladilnega elementa na ohišje oddajnika nekoliko stabilizira temperaturo in

tako relativno uspešno ustavi nezaželeno lezenje frekvence.

Sprejemnik potrebuje za delovanje vir 12-voltne napetosti, zato ga priključimo neposredno

na baterijo sprejemnika. Pri izbranem sprejemniku je vezje vgrajeno v aluminijastem

ohišju, ki ga je potrebno odstraniti in tiskanino namestiti v plastično ohišje oddajnega

vezja. Na sliki 3.6.3 je prikazan uporabljen sprejemnik video signala.

Slika 3.6.3: Vezje sprejemnika video signala

3.7 Izdelava tiskanih vezij

3.7.1 Zahteve in lastnosti

Tiskanini oddajnega in sprejemnega vezja želimo zasnovati tako, da bomo izpolnili

naslednje zahteve:

• majhna velikost,

• fizična ločitev napajalnih in signalnih linij in

• preglednost povezav.

Page 66: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 66

Obe tiskanini želimo napraviti v čim manjši izvedbi z veliko gostoto elementov. Zaradi

boljše preglednosti, lahko povezave napravimo na isti strani kot so elementi.

3.7.2 Načrtovanje s programskim paketom Altium Designer

Altium designer je programsko okolje za načrtovanje in simulacijo elektronskih vezij.

Omogoča načrtovanje tiskanine od električne sheme do načrta tiskanine. Ko odpremo okno

aplikacije najprej tvorimo nov projekt z izbiro File → New → Project → PCB Project. Na

desni strani se odpre urejevalnik projektov, kjer so vključene razne ustvarjene datoteke

projekta. Okno aplikacije s pri tvorbi novega projekta prikazuje slika 3.7.1 Nato z izbiro

File → Save Project As projekt shranimo z izbranim imenom. Nato dodamo v urejevalnik

dokumentov shemo, kot novi dokument. Odpre se list za nove shemo. Z izbiro Design →

Browse Library se odpre okno, kjer izbiramo med želenimi elementi vezja. Ko z

postavitvijo elementov in povezovanjem končamo, z izbiro Compile Project, preverimo

morebitne napake med povezovanjem. Če ni sporočil o napakah, lahko preidemo na

izdelavo načrta tiskanine. Običajno si pomagamo z vgrajenim čarovnikom, z izbiro PCB

Board Wizard. Najprej izberemo želen merski sistem, nato pa velikost tiskanine, število

potrebnih slojev, tip elementov in širino povezav ter izvrtin.

Nato prenesemo vezalno shemo v urejevalnik tiskanine, kjer lahko spremenimo ali dodamo

nastavitve slojev in povezovanja. Lahko izberemo avtomatsko povezovanje ali pa elemente

razporedimo in povežemo ročno. Ker želimo primerno ločiti napajalne in signalne linije,

povezave ustvarimo ročno. Z izbiro Tools → Design Rule Check preverimo pravilnost

ustvarjenih povezav, kjer se prepričamo, da ni nezaželenih kratkih stikov. Načrt tiskanine

je tako pripravljen za izdelavo.

Page 67: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 67

Slika 3.7.1: Okno aplikacije Altium Designer za novi projekt

3.7.3 Tiskanina oddajnega vezja

Pri ustvarjanju povezav se skušamo izogibati pravim kotom. V vezjih sicer ni signalov z

visokimi frekvencami (reda GHz), kjer imajo povezave z 90-stopinjskimi koti lahko

neželene učinke na integriteto signalov in elektromagnetno združljivost, vendar se poveča

možnost za luščenje bakrene plasti.

Pričnemo z mikrokrmilnikom in osnovnimi elementi za njegovo delovanje, ga povežemo z

napajanjem, nato pa dodamo in povežemo še ostale elemente. Pri načrtovanju skušamo čim

bolj ločiti napajalne linije od signalnih. Gladilni kondenzatorji naj bodo nameščeni čim

bližje napajalnim priključkom elementov, ki jih potrebujejo, povezave podatkovnih linij pa

čim krajše. Na elemente napetostnih regulatorjev bomo namestili skupen hladilni element,

zato jih pri razmestitvi postavimo v vrsto na robu tiskanine. Izogibamo se predolgim

linijam in raje uporabimo premostitvene povezave v obliki kratkih žic ali uporov vrednosti

0 Ω. Povezave lahko speljemo tudi pod elementi. Na koncu narišemo še izvrtine za

pritrditev vezja z vijaki. Izdelan načrt tiskanine prikazuje slika 3.7.2.

Page 68: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 68

Slika 3.7.2: Tiskanina oddajnega vezja

Tako izdelana tiskanina še ni pripravljena za tisk na folijo, ker vsebuje imena in obrise

elementov, ki jih pri jedkanju ne želimo ohraniti. Prav tako je viden še spodnji sloj

povezav. Pred tiskom načrta na folijo moramo neželene sloje v meniju Print Preview

izklopiti. Tako nastane končna oblika načrta oddajnega vezja, ki je prikazana na sliki 3.7.3.

Slika 3.7.3: Tiskanina oddajnega vezja za tisk

3.7.4 Tiskanina sprejemnega vezja

Postopki za načrtovanje tiskanine prejemnega vezja so enaki kot pri oddajnem. Tudi tu

pričnemo s povezavo obeh mikrokrmilnikov, nato pa dodamo še ostale elemente vezja.

Slika 3.7.4 prikazuje izdelan načrt tiskanine sprejemnika.

Page 69: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 69

Slika 3.7.4: Tiskanina sprejemnega dela

Tudi to vezje pred tiskom ustrezno pripravimo in izklopimo nepotrebne sloje. Tako

ustvarimo načrt tiskanine, ki je pripravljena za tisk na folijo. Slika 3.7.5 prikazuje končno

različico načrta za izdelavo tiskanine s foto postopkom.

Slika 3.7.5: Tiskanina sprejemnega vezja za tisk

Page 70: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 70

3.7.5 Postopek izdelave tiskanin

Tako izdelana načrta obeh tiskanin lahko sedaj prenesemo na folijo za tisk. Izberemo folije

za tiskanje z laserskim tiskalnikom in v nastavitvah za tisk izberemo največjo ločljivost.

Tiska zrcalno ne obračamo, saj želimo povezave na isti strani kot so elementi. Pertinaks

plošče so na eni strani premazane z foto občutljivim premazom. Ko to stran plošče

prekrijemo s folijo vezja, lahko ploščo izpostavimo ultravijolični svetlobi. Med postopkom

osvetljevanja ostane premaz le na delih, ki niso zaščiteni s povezovalnimi linijami načrta.

Na ostalih delih plošče se premaz razgradi. Sedaj je na plošči že delno viden načrt povezav

vezja. Nato pričnemo z jedkanjem v kislini. Izbrali smo način penjenega jedkanja z

napravo, ki segreje jedkalno tekočino železovega II klorida na temperaturo 50 °C in med

procesom dovaja zračne mehurčke. Rezultat je zelo dobra kakovost povezav, vendar

omenjena kislina nekoliko podaljša čas jedkanja. Potreben čas za jedkanje ene ploščice je

približno 20 minut. Po končanem postopku ploščici oddajnega in sprejemnega vezja

temeljito očistimo in zvrtamo luknje za elemente. Nato pričnemo s spajkanjem in

povezovanjem. Vedno pričnemo s spajkanjem najnižjih elementov, kot so upori, končamo

pa z elementi, ki imajo najvišja ohišja. Med postopkom spajkanja ves čas preverjamo stike

z Ohm metrom. Pazimo, da pri spajkanju ne pretiravamo z dovajanjem spajkalne žice.

Pomembno je tudi, da elemente čim manj pregrevamo. Mikrokrmilnikov ne spajkamo

neposredno na tiskanini, raje uporabimo podnožja. Pred priključitvijo napajanja vedno

preverimo, ali obstajajo kratki stiki med napajalno napetostjo in maso. Preverimo tudi, da

med spajkanjem nismo napravili stikov med signalnimi linijami in napajanjem. Če

testiramo vezja s priklopom na baterije, vežemo pozitivno priključno sponko preko Amper

metra in 0,5-amperske varovalke. To je še zadnji ukrep za zaščito vezja pred morebitnim

kratkim stikom napajalne napetosti. Tok amper metra bo tudi pokazal, če so vsi elementi

pravilno priključeni. Z 0,5-ampersko varovalko ne testiramo vklopov večjih porabnikov,

kot so motorji. S spremljanjem delovanja vgrajenih statusnih diod LED, lahko natančneje

ugotovimo pravilnost delovanja obeh vezij.

Page 71: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 71

4 PROGRAMSKI DEL – OPIS KODE IN DELOVANJE

4.1 Zahteve in lastnosti

Programi v mikrokrmilnikih naj imajo naslednje lastnosti:

• hitro izvajanje funkcij,

• čim manjša poraba pomnilnika,

• čim krajši programi,

• poudarek na enostavnosti funkcij in

• temeljito in natančno komentiranje programske kode.

Mikrokrmilniki predstavljajo jedro naprave. Skladno s programsko kodo izvajajo vse

naloge modela, zato mora biti ta napisana tako, da se bodo funkcije kar najhitreje izvedle.

Krmiljenje pogonskih motorjev je za varno delovanje bistvenega pomena, zato morajo

imeti te funkcije prednost pred drugimi. Pri načrtovanju programov poskušamo pisati

enostavne in dobro komentirane funkcije, saj le tako dosežemo dobro spremljanje razvoja

programa kot celote. Vedno si najprej izdelamo diagrame poteka, in jih kasneje uporabimo

kot načrt pri pisanju programske kode. Za imena spremenljivk in oznak izbiramo čim bolj

pomenska imena, v urejevalniku pa s praznimi vrsticami ločujemo posamezne funkcije, ki

jim lahko z naslovi v obliki komentarjev dodatno podkrepimo razumevanje.

4.2 Izbor programskega jezika in razvojnega okolja

Pričakujemo relativno kompleksne programe, ki ne obdelujejo velikih količin podatkov,

vendar pa opravljajo veliko funkcij. Zato se namesto zbirnika raje odločimo za uporabo

višjega programskega jezika, s človeku čim bolj razumljivo sintakso. Ker smo imeli nekaj

izkušenj z jezikoma C in Basic, smo izbirali med njima. Seveda ima jezik C nekoliko večjo

učinkovitost in boljšo optimizacijo kode ter za enake funkcije zasede malo manj prostora v

pomnilniku. Vendar pa so programi, napisani v jeziku PicBasic krajši v smislu vrstic

programske kode, zato postanejo daljši programi dosti bolj pregledni. PicBasic Pro

prevajalnik je konzolna aplikacija, brez grafičnega vmesnika, zato ga vključimo v razvojno

Page 72: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 72

okolje z integriranim tekstovnim urejevalnikom. Za ta namen smo izbrali razvojno okolje

MicroCode Studio, britanskega podjetja Mecanique. Omogoča razhroščevanje v vezju,

spremljanje pretoka serijskih podatkov, urejevalnik besedila pa barvno loči tipe podatkov,

logične izraze, oznake, simbole, spremenljivke, definicijske izraze in mnoge druge

elemente programa. To naredi program zelo berljiv. Prav tako odkriva logične in tiskarske

napake med pisanjem in postopkom prevajanja ter ponudi predloge za odpravo. Če

uporabljamo funkcijo serijskega programiranja krmilnikov v vezju (ICSP), okolje samo

sprogramira krmilnik in preveri pravilnost vpisa programske kode.

4.3 Programski jezik PicBasic

Temelji na jeziku Basic in je razvit posebej za PIC mikrokrmilnike. Za programiranje smo

uporabili izboljšano različico "Pro", ki se od običajne razlikuje po večjem naboru knjižnic

in po dodatno poenostavljenih funkcijah za delo s prikazovalniki, EEPROM-i, 1-WIRE

protokolom, USB komunikacijo in X-10 protokolom. Omogoča uporabo 32-bitnih

predznačenih števil in s tem podpira tudi PIC18 serijo krmilnikov. Z njim lahko

programiramo več kot 300 mikrokrmilnikov družine PIC in dostopamo do vseh registrov

mikrokrmilnika. Podpira uporabo oscilatorjev s frekvencami do 64 MHz. V program lahko

vključimo tudi zbirniško kodo.

4.4 Razvojno okolje MicroCode Studio

Omogoča vizualno podporo jeziku, vsebuje urejevalnik teksta in razna integrirana orodja

za podporo programiranju, kot je okno za serijsko komunikacijo in vmesnik za

razhroščevanje v vezju ICD (In Circuit Debugger). Podprto je prevajanje in programiranje

mikrokrmilnikov v ciljnem vezju (ICSP). Uporaba razvojnega okolja je nezahtevna,

potrebno je le izbrati prevajalnik v meniju View→ Compile and Program Options. Na sliki

4.4.1 je prikazano okno aplikacije MicroCode Studio Plus.

Page 73: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 73

Slika 4.4.1: Okno aplikacije MicroCode Studio Plus

4.5 Koda oddajnega dela

Oddajniško vezje krmili mikrokrmilnik PIC16F877A. Izvaja vrednotenje položaja ročice

igralne palice in detekcijo pritisnjenih tipk. Zbrane ukaze sproti posreduje oddajnemu

modulu s serijskim načinom prenosa podatkov. Ukaze dodatno izpisuje na prikazovalnik

LCD.

4.5.1 Diagram poteka

Na sliki 4.5.1 je prikazan diagram poteka oddajniške kode. Zaradi večje preglednosti smo

pri načrtovanju diagrama izpustili nekatere funkcije za izpis sporočil uporabniku in stanja

spremenljivk na prikazovalnik.

Page 74: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 74

Slika 4.5.1: Diagram poteka oddajniške kode

Page 75: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 75

4.5.2 Opis kode

Koda oddajnega dela se prične z vključitvijo rutin za serijsko komunikacijo in

inicializacijo registrov mikrokrmilnika PIC16F877A (slika 4.5.2).

Pred pričetkom pisanja programov običajno vključimo potrebne knjižnice, ki jih potrebuje

prevajalnik pri prevajanju programa. Za serijsko komunikacijo in A/D pretvorbo vključimo

knjižnico modedefs.bas. knjižnica vsebuje definicije raznih načinov in hitrosti prenosa

podatkov, definicije parametrov A/D pretvorbe in druge. Nadaljujemo z inicializacijo

vhodno-izhodnih priključkov krmilnika. Za njihovo delovanje skrbita dva tipa registrov,

PORT in TRIS. Število bitov v obeh registrih je odvisno od števila priključkov

posameznega porta. TRIS register vsebuje informacijo o želenem tipu priključka. S

postavitvijo posameznega bita na 0 definiramo pripadajoči priključek kot izhod, postavitev

na 1 pa ga nastavi kot vhod. S spreminjanjem vrednosti bitov v registrih PORT izhodnim

priključkom spreminjamo logična stanja. Enke pomenijo visoka, ničle pa nizka logična

include "modedefs.bas" ;Vključi rutine za serijsko komunikacijo

TrisA = %001011 ;V/I : 0,1,3-Vhodi(A/D) 2,5-Izhodi (tipke)

PortA = %000000 ;V/N : vsi Nizko

TrisB = %00000000 ;V/I : vsi Izhodi(LCD)

PortB = %00000000 ;V/N : vsi Nizko

TrisC = %00000111 ;V/I : 6-Izhod (Tx-oddajnik) 0,1,2-Vhodi(tipke)

PortC = %00000000 ;V/N : vsi Nizko

TrisD = %00000000 ;V/I : vsi Izhodi(Statusne LED)

PortD = %00000000 ;V/N : vsi Nizko

TrisE = %100 ;V/I : O,1-Izhodi (Tipke) 2 - Vhod (Tipke)

PortE = %000 ;V/N : vsi Nizko

ADCON1 = %00000100 ;A/D : (PortA) ADCON1: 00xx0100

;0100: 0,1,3- Vhodi(A/D kanali)

;b7 – levo poravnan, 8-bitni rezultat A/D pretvorbe

Slika 4.5.2: Inicializacija registrov mikrokrmilnika PIC16F877A

Page 76: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 76

stanja. V primeru visokega logičnega stanja je posamezen izhodni priključek sposoben

dajati napetost 5 V in maksimalen tok 25 mA. Bite registrov štejemo od najmanj utežnega

proti najbolj utežnemu. Analogno-digitalni modul mikrokrmilnika vsebuje štiri registre,

vendar je za uporabo s prevajalnikom PicBasic potrebno nastaviti le prve štiri bite registra

ADCON1, ki določajo kateri priključki mikrokrmilnika bodo uporabljeni za A/D

pretvorbo. Ti biti določajo tudi referenčno vrednost napetosti pri pretvorbi. Referenčni

napetosti Vref+ in Vref- določita območje napetosti za pretvorbo. Tabela 4.5.1 prikazuje

različne kombinacije kontrolnih bitov (b3-b4) za določitev želenih priključkov pri uporabi

A/D pretvorbe [2, stran 128].

Tabela 4.5.1: Tabela za določanje vrednosti ADCON1 registra

b3-b0 RE2 RE1 RE0 RA5 RA3 RA2 RA1 RA0 (Vref+) (Vref-)

0000 A A A A A A A A Vdd Vss

0001 A A A A Vref+ A A A RA3 Vss

0010 D D D A A A A A Vdd Vss

0011 D D D A Vref+ A A A RA3 Vss

0100 D D D D A D A A Vdd Vss

0101 D D D D Vref+ D A A RA3 Vss

011x D D D D D D D D Vdd Vss

1000 A A A A Vref+ Vref- A A RA3 RA2

1001 D D A A A A A A Vdd Vss

1010 D D A A Vref+ A A A RA3 Vss

1011 D D A A Vref+ Vref- A A RA3 RA2

1100 D D D A Vref+ Vref- A A RA3 RA2

1101 D D D D Vref+ Vref- A A RA3 RA2

1110 D D D D D D D A Vdd Vss

1111 D D D D Vref+ Vref- D A RA3 RA2

V zadnjih dveh stolpcih tabele izberemo referenčni napetosti. Za potrebe projekta smo

izbrali območje napetosti med napajalnim (Vdd) priključkom in maso (Vss). Iz tabele je

razvidno, da lahko za referenčni napetosti uporabimo tudi signale drugih napetosti, ki jih

pripeljemo na priključka RA2 in RA3. S tabelo določimo tudi število in kombinacijo

Page 77: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 77

priključkov za A/D pretvorbo. Oznaka A pomeni analogni tip priključka, oznaka D pa

digitalni. Iz tabele določimo le prve štiri (b0-b3) kontrolne bite registra ADCON1. Biti 4 in

5 za delovanje A/D pretvorbe niso pomembni, zato jih lahko poljubno izberemo. Bit 6

delno določi vir takta in frekvenco vzorčenja analognega signala, z zadnjim bitom pa

izberemo poravnavo rezultata. S postavitvijo tega bita na 0, izberemo levo poravnavo

[2, stran 127, 128]. Ostale parametre A/D pretvorbe definiramo posebej (slika 4.5.3).

Parametre, kot so natančnost rezultata, vir takta in čas (frekvenco) vzorčenja lahko

določimo z ADCON0 registrom, ker pa smo na začetku vključili knjižnico modedefs to

raje storimo s tremi define direktivami. Nastavitve parametrov analogno-digitalne

pretvorbe, za uporabo v jeziku PicBasic, so s tem zaključene.

Pred samo implementacijo funkcij programa je potrebno nastaviti še parametre za

komunikacijo s prikazovalnikom LCD (slika 4.5.4). Tudi to storimo s serijo define

direktiv.

define LCD_DREG PORTB ;Dolocitev porta za podatkovne linije (Data REGister)

define LCD_DBIT 4 ;Dolocitev prve podatkovne linije-RB4 (RB7 je zadnja)

define LCD_RSREG PORTB ;Dolocitev porta za RS linijo - PortB

define LCD_RSBIT 3 ;Dolocitev pina za RS linijo – RB3

define LCD_EREG PORTB ;Dolocitev porta za E linijo - PortB

define LCD_EBIT 0 ;Dolocitev pina za E linijo – RB0

define LCD_BITS 4 ;Dolocitev nacina komunikacije – 4 bitna

define LCD_LINES 4 ;Dolocitev stevila vrstic prikazovalnika – 4 vrstice

define LCD_COMMANDUS 2000 ;Dolocitev pavze med kontrolnimi ukazi – 2000 us

define LCD_DATAUS 50 ;Dolocitev pavze med posiljanjem podatkov – 50 us

define ADC_BITS 8 'Rezultat A/D pretvorbe naj ima 8 bitov

define ADC_CLOCK 3 'Za A/D uro uporabi notranji RC oscilator

define ADC_SAMPLEUS 50 'Čas vzorčenja v us

Slika 4.5.3: Definicije parametrov za A/D pretvorbo

Slika 4.5.4: Definicije parametrov za komunikacijo prikazovalnikom LCD

Page 78: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 78

Določiti je potrebno vrata in posamezne priključke za komunikacijo. Ukazi za dejansko

krmiljenje in kontrolo nad podatki so zbrani v modedefs knjižnici, zato je potrebno le

definirati parametre, ki jih knjižnica uporablja. Poleg priključkov določimo še število

vrstic, ki se lahko uporabljajo za izpis znakov, način komunikacije in obe pavzi med

pošiljanjem ukazov ter posameznih znakov med izpisom.

Po definiranju priključkov in parametrov za opravljanje želenih funkcij mikrokrmilnika

PIC16F877A, sledi najava spremenljivk za uporabo v funkcijah (slika 4.5.5). Imena

spremenljivk lahko izberemo poljubno, vendar pazimo da so čim bolj smiselna in ne

predolga.

Oznaka var je direktiva prevajalniku, naj besedo pred njo razume kot spremenljivko

(variable). Nato določimo velikost rezerviranega prostora za spremenljivko. V

programskem jeziku PicBasic Ločimo tri številčne tipe podatkov glede na velikost

pomnilnika, ki ga lahko zasedejo: bit, byte in word. Ker v spremenljivke shranjujemo

vrednosti, manjše od 255, najavimo spremenljivke tipa byte. Izjema je spremenljivka

DriveLock z obema pomožnima spremenljivkama b1 in b0, ki vsebujeta le vrednosti 0 ali

Slika 4.5.5: Najava spremenljivk v oddajniški kodi

uC_ID var byte ;Spremenljivka za naslov mikrokrmilnika v sprejemniku

Data1 var byte ;Spremenljivka za kategorijo komande

Data2 var byte ;Spremenljivka za podatke funkcijam

Xos var byte ;Spremenljivka za X koordinato osi igralne palice

Yos var byte ;Spremenljivka za Y koordinato osi igralne palice

Servo var byte ;Spremenljivka za podatke o zasuku kamere

Servo = 150 ;Začetna vrednost položaja kamere (center)

DriveLOCK var bit ;Spremenljivka za omogočanje pošiljanja Xos, Yos

b1 var bit ;Pomožna spremenljivka za DriveLock

b1 = 1 ;Začetna vrednost

b0 var bit ;Pomožna spremenljivka za DriveLock

b0 = 0 ;Začetna vrednost

b3 var byte 'Spremenljivka za stetje izpustov vabe

Page 79: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 79

1, zato jih najavimo s tipom bit. Preko teh spremenljivk omogočamo pošiljanje koordinat

premika igralne palice, ki se na sprejemni strani prevedejo v ustrezno krmiljenje hitrosti in

smeri pogonskih motorjev. Pomožnim spremenljivkam še določimo začetne vrednosti.

Vrednost spremenljivke Servo se na sprejemni strani prevede v ustrezen položaj osi servo

motorja za premikanje kamere. Po najavi definiramo začetno vrednost 150, ki predstavlja

izhodiščni položaj kamere. Izhodiščnega položaja kamere uporabnik ne more spreminjati.

S pritiski ustreznih tipk na igralni palici se vrednost spremenljivke Servo le manjša ali veča

s koraki 10 med mejnima vrednostma 70 in 220, ki ustrezata skrajnima položajema servo

motorja za premikanje kamere.

Nato pričnemo z glavnim delom programske kode (slika 4.5.6). Začetek programa

označimo z oznako main in najprej vklopimo diodo LED, priključeno na tretji priključek

vrat D (portd.2). Dioda nam služi kot vizualni dokaz, da mikrokrmilnik deluje z

nemotenim napajanjem. Nato program preko analogno digitalne pretvorbe prebere obe

vrednosti položaja ročice igralne palice. Ukaz adcin potrebuje dva parametra. Kot prvi

parameter navedemo želeni kanal, drugi pa je spremenljivka za shranitev rezultata

pretvorbe. Funkcija namesto priključka sprejme zaporedno številko kanala. Ko sta obe

vrednosti prebrani preverimo, če sta v pričakovanih mejah. Ker smo izbrali natančnost

pretvorbe osem bitov, lahko obe spremenljivki zavzameta vrednosti med 0 in 255. V

primeru, da igralna palica ni priklopljena, bo ena od prebranih vrednosti gotovo manjša od

polovice dosega. izberemo vrednost položaja osi X in preverimo ali je manjša od 115. V

primeru, da program prebere manjšo vrednost, izpiše napako in predlaga naj uporabnik

preveri povezavo. Nato veji v podprogram za kalibracijo. Pred skokom počaka tri sekunde.

Razlog za daljšo pavzo po izpisu sporočila je, da ostane izpis v tej vrstici viden dovolj

dolgo, da ga uporabnik lahko prebere.

Če je povezava uspešna, mikrokrmilnik to izpiše in preveri ali začetne vrednosti ustrezajo

nevtralnemu položaju obeh osi. Tipični vrednosti dobro kalibriranih položajev v mirovanju

sta 128, zato izberemo mejo med 125 in 130. V primeru, da vrednosti nista v tem intervalu,

program veji v kalibracijski podprogram. V nasprotnem primeru sledi izpis o

pripravljenosti.

Page 80: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 80

Nato program prične z branjem in pošiljanjem položaja igralne palice (slika 4.5.7). Najprej

ponovno prebere obe vrednosti koordinat in jih izpiše v drugo vrstico prikazovalnika. Znak

# pred spremenljivko v izpisu pomeni, naj se izpišejo ASCII znaki za število. Dalje

program preveri kakšno je stanje spremenljivke DriveLOCK.

Slika 4.5.6: Koda za preverjanje povezave in kalibracije igralne palice

main:

high portd.2 ;indikator da se program izvaja

adcin 0, Xos ;Beri A/D vrednost 1.kanala (za X os) in shrani v Xos

adcin 1, Yos ;Beri A/D vrednost 2.kanala (za Y os) in shrani v Yos

if (Xos < 115) then ;Če Joystick ni povezan:

lcdout $fe,1,"Joystick Error!" ;LCD izpis: napaka (1. Vrstica)

lcdout $fe,$c0,"Check COM!" ; 2. vrstica

lcdout $fe,$94," " ; Brisi 3. vrstico

entering:

lcdout $fe,$d4,"Entering CAL Mode..." ;4. vrstica

pause 3000 ;cakaj tri sekunde

goto calibration

else ; Ce je povezava OK:

lcdout $fe,1,"Connection OK!" ;1. vrstica

lcdout $fe,$c0,"Testing Calibration:" ;2. vrstica

pause 3000

if (Xos < 125) or (Xos > 130) then entering ;Meje za X os v mirovanju

if (Yos < 125) or (Yos > 130) then entering ;Meje za Y os v mirovanju

endif ; konec If stavkov

lcdout $fe,$c0," CALIBRATED! " ; 2. vrstica

pause 2000

lcdout $fe,1," Status: READY " ;1. vrstica

Page 81: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 81

Stanje 1 ali 0 prevzame iz pomožne spremenljivke b0, katere stanje kasneje v podprogramu

BTN2 (slika 4.5.11) spreminjamo s pritiskom tipke. Če je vrednost enaka 1, se izvede

pošiljanje koordinat in izpis na prikazovalnik, drugače se vrednosti samo izpišejo. Ker sta

v sprejemnem delu dva mikrokrmilnika, s skupnim vodilom, moramo podatke primerno

ločiti. Razdelimo jih na pakete, od katerih ima vsak svojo funkcijo. Prvi paket vsebuje

oznako ali naslov ciljnega mikrokrmilnika. Ker sta v sprejemnem vezju dva

mikrokrmilnika, vsebuje spremenljivka uC_ID vrednost 1 ali 2 in tako določi kateremu

mikrokrmilniku so namenjeni podatki. Nato sledi paket s tipom podatkov v spremenljivki

Data1, ki prav tako vsebuje številčne vrednosti in določi katero funkcijo naj izbrani

mikrokrmilnik izvede. V zadnjem paketu so vključeni podatki za funkcije v spremenljivki

Data2. Tabela 4.5.2 prikazuje zgradbo skupine podatkov in vrstni red paketov.

Slika 4.5.7: Branje in pošiljanje položaja igralne palice

ALLread: ; Zacni z branjem koordinat

adcin 0, Xos ; Beri A/D vrednost 1.kanala (za X os) in shrani v Xos

adcin 1, Yos ; Beri A/D vrednost 2.kanala (za Y os) in shrani v Yos

lcdout $fe,$c0, " " ; Postavi se v 2. vrstico in jo zbrisi

lcdout $fe,$c0, "X=", #Xos, " Y=", #Yos ; Izpis vrednosti koordinat

DriveLock = b0 ; DriveLOCK prevzame vrednost spremenljivke b0

If DriveLOCK = 1 then ;Ce je DriveLOCK izklopljen posiljaj Xos in Yos

Lcdout $fe,$D4,"DriveLock: OFF" ;Izpis na prikazovalnik

uC_ID = 1 ; Komando prejme prvi uC

Data1 = 1 ; Komanda za DC motorja

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1, Xos, Yos] ; Poslji podatke

else

lcdout $fe,$D4,"DriveLock: ON" ; Ce je DriveLOCK vklopljen, samo izpisi

endif

Page 82: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 82

Tabela 4.5.2: Zgradba in vrstni red skupine podatkov za brezžični prenos

Naslov krmilnika (uC_ID) Tip podatkov (Data_1) Funkcija (Data2)

Ukaz Serout poleg podatkov za pošiljanje potrebuje še informacijo o izbranem priključku

in načinu pošiljanja. Ker gre za programsko implementacijo serijskega prenosa, lahko

uporabimo katerikoli priključek, ki pa mora biti fizično povezan z oddajnim modulom.

Izbran način serijskega prenosa t9600 pomeni neinvertirane nivoje signala s hitrostjo

prenosa podatkov 9600 simbolov na sekundo (Bd).

Program nadaljuje z branjem pritisnjenih tipk. Programsko kodo za branje šestnajstih tipk

v matrični vezavi prikazujeta sliki 4.5.8 in 4.5.9.

high porta.2 ;Vklopi 1. vrstico

low porta.5 ;2. izklopi

low porte.0 ;3. izklopi

low porte.1 ;4. izklopi

if PORTE.2 =1 then GOSUB BTN1 ;Ce je signal na 1. stolpcu je gumb 1

if PORTC.0 =1 then GOSUB BTN2 ;Ce je signal na 2. stolpcu je gumb 2

if PORTC.1 =1 then GOSUB BTN3 ;Ce je signal na 3. stolpcu je gumb 3

if PORTC.2 =1 then GOSUB BTN4 ;Ce je signal na 4. stolpcu je gumb 4

high porta.5 ;Vklopi 2. vrstico

low porta.2 ;Ostale tri izklopi

low porte.0

low porte.1

if PORTE.2 = 1 then GOSUB BTN5 ;Ce je signal na 1. stolpcu je gumb 5

if PORTC.0 = 1 then GOSUB BTN6 ;Ce je signal na 2. stolpcu je gumb 6

if PORTC.1 = 1 then GOSUB BTN7 ;Ce je signal na 3. stolpcu je gumb 7

if PORTC.2 = 1 then GOSUB BTN8 ;Ce je signal na 4. stolpcu je gumb 8

Slika 4.5.8: Branje tipk v matrični vezavi (1)

Page 83: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 83

Programska koda na slikah 4.5.8 in 4.5.9 izmenično vklaplja napetost na vsako od štirih

vrstic vezave in nato preverja ali je katera tipka prenesla signal na ustrezni stolpec. V

primeru, da program zazna visok napetostni nivo na posameznem priključku stolpca,

izvede skok v ustrezni podprogram, kjer se izvede funkcija izbrane tipke. Po izvedbi

funkcije se program vrne nazaj in nadaljuje z branjem ostalih tipk. Na koncu se z vejitvijo

na oznako Allread ponavlja branje koordinat premika palice in detekcija tipk.

Podprogrami za izvedbo funkcij tipk si zaradi lažjega sledenja programu sledijo v

zaporedju. Prvi je podprogram za pošiljanje ukaza za izmet vabe (slika 4.5.10). Ob vsakem

pritisku na gumb za izmet vabe se izvede podprogram BTN1. Spremenljivka uC_ID dobi

vrednost 1, kar pomeni, da so podatki namenjeni prvemu mikrokrmilniku v sprejemnem

vezju. Program v njem bo izvedel funkcijo številka dva (vrtenje koračnega motorja).

Število obratov določi vrednost v spremenljivki Data2. Definirane vrednosti spremenljivk

se nato pošljejo z ukazom Serout. Po končanem pošiljanju se uporabniku izpiše sporočilo o

izvedeni funkciji z izpisom na prikazovalnik.

if PORTE.2 = 1 then GOSUB POVUP ;Ce je signal na 1. stolpcu je gumb POVUP

if PORTC.0 = 1 then GOSUB POVDWN ;Ce je signal na 2. stolpcu je gumb POVDWN

if PORTC.1 = 1 then GOSUB POVLEFT ;Ce je signal na 3. stolpcu je gumb POVLEFT

if PORTC.2 = 1 then GOSUB POVRIGHT;Ce je signal na 4. stolpcu je gumb POVRIGHT

high porte.1 ;Vklopi 4. vrstico

low porta.5 ;Ostale tri izklopi

low porte.0

low porta.2

if PORTE.2 = 1 then GOSUB BTN9 ;Ce je signal na 1. stolpcu je gumb 9

if PORTC.0 = 1 then GOSUB BTN10 ;Ce je signal na 2. stolpcu je gumb 10

if PORTC.1 = 1 then GOSUB BTN11 ;Ce je signal na 3. stolpcu je gumb 11

if PORTC.2 = 1 then GOSUB BTN12 ;Ce je signal na 4. stolpcu je gumb 12

goto Allread ;Pojdi nazaj na branje komand

Slika 4.5.9: Branje tipk v matrični vezavi (2)

Page 84: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 84

Tekst za izpis vedno zapišemo v navednicah, vrednosti spremenljivk pa za izpis ločimo z

vejicami. Pazimo da število izpisanih znakov ne preseže dolžine posamezne vrstice

prikazovalnika. Vsak izpis v tem podprogramu vsebuje še števec pritiskov gumba za izmet

vabe, ki se poveča ob vsaki izvedbi te funkcije. Pred izhodom iz podprograma je pavza

dolžine 10 sekund, s čimer onemogočimo pošiljanje ukazov za čas trajanja izmeta vabe.

Sledi podprogram za kontrolo nad pošiljanjem vrednosti premikov igralne palice (slika

4.5.11). Funkcijo omogočanja (ali onemogočanja) pošiljanja koordinat premikov smo

uvedli, ker so gumbi za izmet vabe, premikanje kamere in izpust navezov nameščeni na

ročici igralne palice. Z izklopom pošiljanja preprečimo, da bi nehoteni premiki igralne

palice med pritiskanjem teh gumbov vklapljali pogonske motorje.

Podprogram BTN2 zamenja vrednosti v pomožnih spremenljivkah b1 in b0. Ob njuni

definiciji smo b1 določili začetno vrednost 1, b0 pa je bil nastavljen na 0. Pred pošiljanjem

BTN2: ;Pritisnjen gumb 2 (DriveLOCK)

swap b1,b0 ;Zamenjaj vrednosti v pomoznih spremenljivkah(INIT:b1=1,b0=0)

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN1: ;Pritisnjen gumb 1 (Izpust vabe)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

Data1 = 2 ;Ukaz za koracni motor

Data2 = 150 ;Podatek za funkcijo vrtenja koracnega motorja

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1, Data2] ;Poslji podatke

b3 = b3 + 1 ;Povecaj stevec izpusta vabe za 1

lcdout $fe,$94,"BAIT: Release (",#b3,")" ;Izpis na prikazovalnik

pause 10000 ;10 s pavze med ponovnim izmetom

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Slika 4.5.10: Podprogram za pošiljanje ukaza za izmet vabe

Slika 4.5.11: Podprogram za kontrolo nad pošiljanjem premikov igralne palice

Page 85: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 85

koordinat program preveri stanje spremenljivke DriveLOCK, ki pred tem prevzame

vrednost iz b0 (slika 4.5.7).

Na sliki 4.5.12 sta prikazana podprograma za ločen izpust levega in desnega naveza.

Podprogram BTN3 najprej spremeni vrednosti spremenljivk za tip podatkov (Data_1) in

podatke za funkcije na plovilu (Data_2). Spremenljivka za naslov mikrokrmilnika (Uc_ID)

ohrani vrednost 1. Zaradi lažjega spremljanja programske kode to vrednost ponovno

določimo. V podprogramu BTN4 se spremeni le vrednost spremenljivke za tip podatkov.

Funkciji modela za ločen izpust obeh navezov sta posebej uporabni kadar ne želimo

odvreči obeh navezov na isto mesto.

Za izpust obeh navezov hkrati in za ponovno ponastavitev ročic za izpust, se izvedeta

podprograma BTN5 in BTN6 na sliki 4.5.13.

BTN3: ;Pritisnjen gumb 3 (izpust prvega naveza)

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

Data1 = 3 ;Ukaz za drugi (RIG release 1) servo motor

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1]; ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"RIG: Left Release " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN4: ;Pritisnjen gumb 4 (izpust drugega naveza)

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

Data1 = 4 ;Ukaz za tretji (RIG release 2) servo motor

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"RIG: Right Release " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Slika 4.5.12: Podprograma za pošiljanje ukazov za ločen izpust navezov

Page 86: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 86

Pošiljanje ukazov za krmiljenje servo motorjev pri izpustih navezov je izvedeno brez

pošiljanja krmilnih podatkov za izvedbo teh funkcij na sprejemni strani (Data_2). Razlog

je v tem, da lahko te podatke posredujemo funkcijam na sprejemni strani neposredno pred

izvedbo, saj se ročice motorjev za izpust vedno zavrtijo za enake kote. Po vsakem

pošiljanju podatkov se funkcije še izpišejo na prikazovalnik.

Nato sledijo podprogrami za krmiljenje osvetlitve na modelu (slika 4.5.14). Z njimi

pošiljamo ukaze za vklope in izklope infrardečih diod na objektivu kamere in svetlečih

diod LED, nameščenih na premcu plovila. Z osvetlitvami upravlja prvi mikrokrmilnik v

sprejemnem vezju, zato ima spremenljivka uC_ID vrednost ena. Vrednost v spremenljivki

za tip ukaza Data_1 se za izvedbo vsake funkcije spremeni. Tako na sprejemni strani

ločimo posamezne ukaze.

Slika 4.5.13: Podprograma za izpust in ponastavitev ročic obeh navezov

BTN5: ;Pritisnjen gumb 5 (izpust obeh navezov)

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

Data1 = 5 ;Ukaz za drugi in tretji (RIG release 1,2) servo motor

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"RIG: All Release " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN6: ;Pritisnjen gumb 6 (reset obeh navezov)

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

Data1 = 6 ;Ukaz za drugi in tretji (RIG set 1,2) servo motor

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"RIG: All Set " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Page 87: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 87

Podprograma za krmiljenje vklopa in izklopa napajanja kamere sta prikazana na sliki

4.5.15.

BTN7: ;Pritisnjen gumb 6 (vklop LED osvetlitve)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

data1 = 3 ;Ukaz za vklop LED osvetlitve

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"LIGHT: LED ON " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN8: ;Pritisnjen gumb 8 (izklop LED osvetlitve)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

Data1 = 4 ;Ukaz za izklop LED osvetlitve

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"LIGHT: LED OFF " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN9: ;Pritisnjen gumb 9 (vklop IR osvetlitve)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

data1 = 5 ;Ukaz za vklop IR osvetlitve

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"LIGHT: IR ON " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN10: ;Pritisnjen gumb 10 (izklop IR osvetlitve)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

Data1 = 6 ;Ukaz za izklop IR osvetlitve

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"LIGHT: IR OFF " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Slika 4.5.14: Podprogrami za pošiljanje ukazov za krmiljenje z osvetlitvijo na modelu

Page 88: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 88

Sledijo podprogrami za premikanje kamere. Podprograma POWUP in POWDWN ne

pošiljata ukazov sprejemniku, ker funkcija vertikalnih premikov kamere ni strojno podprta.

Podprograma na sliki 4.5.16 le izpišeta, da funkciji nista podprti.

Kamero lahko premikamo le v vodoravni smeri. Na sliki 4.5.17 so prikazani podprogrami

za pošiljanje ukazov za premike.

BTN11: ;Pritisnjen gumb 11 (vklop kamere)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

Data1 = 7 ;Ukaz za vklop kamere

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"CAMERA: ON " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

BTN12: ;Pritisnjen gumb 12 (izklop kamere)

uC_ID = 1 ;Ukaz za prvi uC

Data1 = 8 ;Ukaz za izklop kamere

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"CAMERA: OFF " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

POVUP: ;Ta gumb nima funkcije

lcdout $fe,$94,"NOT USED " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

POVDWN: ;Ta gumb nima funkcije

lcdout $fe,$94,"NOT USED " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Slika 4.5.15: Podprograma za pošiljanje ukazov za vklop in izklop kamere

Slika 4.5.16: Podprograma za izpis o nepodprtih funkcijah gumbov igralne palice

Page 89: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 89

Servo motor za premikanje kamere želimo vrteti med skrajnim levim in skrajnim desnim

položajem. Praktični poskusi z izbranimi motorji so pokazali, da so za dosego skrajnega

POVLEFT: ;Kamera levo

if Servo < 220 then ;Ce je vrednost manj kot 220 potem pristej

Servo = Servo + 10 ;Pristej 10 (INIT: Servo = 150)

else ;Drugace ne pristevaj in pojdi nazaj (dosegel skrajno levo)

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

endif ;Konec preverjanja

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

data1 = 2 ;Ukaz za prvi servo motor (kamera)

data2 = Servo ;Prevzem vrednosti spremenljivke servo

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, data1, data2] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"VIEW: LEFT " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

POVRIGHT: ;Kamera desno

if Servo > 70 then ;Ce je vrednost vec kot 70 potem odstej(150=zacetna)

Servo = Servo - 10 ;Odstej 10

else ;Drugace ne odstevaj in pojdi nazaj. (dosegel skrajno desno)

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

Endif ;Konec preverjanja

uC_ID = 2 ;Ukaz za drugi uC

Data1 = 2 ;Ukaz za prvi servo motor

Data2 = Servo ;Prevzem vrednosti spremenljivke servo

Serout portc.6,t9600,[uC_ID, Data1, Data2] ;Poslji podatke

lcdout $fe,$94,"VIEW: RIGHT " ;Izpis na prikazovalnik

RETURN ;Skoci nazaj na branje drugih gumbov

goto Allread ;Pojdi nazaj na začetek branja ukazov

Slika 4.5.17: Podprogrami za pošiljanje ukazov za premikanje kamere

Page 90: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 90

levega položaja potrebni pulzi dolžine 2,2 ms, za skrajno desno lego pa dolžine 0,7 ms.

Sredinski položaj osi dosežemo s pulzi standardne dolžine 1,5 ms. Položaje osi motorja

krmilimo s pošiljanjem dejanskih vrednosti za funkcijo, ki bo upravljala z motorjem na

sprejemni strani. Tam bo uporabljen ukaz Pulsout, ki bo na izbranem priključku dajal servo

motorju pulze z ločljivostjo 10 µs. Ta ločljivost velja le za izbrani 4 MHz oscilator. Pri tej

ločljivosti moramo torej za dosego pulza dolžine 2,2 ms funkciji za argument poslati

število 220. Za dosego vmesnih položajev premika spreminjamo poslano vrednost med 220

in 70, po korakih deset. Začetna vrednost za spremenljivko Servo je 150 in predstavlja

srednji položaj kamere. Ob vsakem pritisku na gumb POVLEFT ali POVRIGHT se najprej

preveri ali so dosežene meje, nato pa se vrednost spremenljivke ustrezno zmanjša ali

poveča za deset. Po spremembi vrednosti se rezultati pošljejo, vsak podprogram pa se

zaključi z izpisom opravila na prikazovalnik.

Koda mikrokrmilnika v oddajnem vezju se zaključi z implementacijo funkcij

kalibracijskega menija (slika 4.5.18).

Skok programa v kalibracijski meni povzročita nepravilno nastavljena izhodiščna položaja

obeh osi igralne palice. Na njeni spodnji strani se nahajata dva drsnika, s katerima lahko

mehansko nastavljamo začetna položaja obeh potenciometrov. V primeru, da program na

Slika 4.5.18: Podprogram za kalibracijo igralne palice

calibration:

lcdout $fe,1, " -Calibration Mode- " ;Izpis naslova menija (1. Vrstica)

lcdout $fe,$c0," X~128 Y~128 " ;izpis referenčnih vrednosti (2.vr)

lcdout $fe,$D4," Reset PWR when done" ;Ponovno vklopi napravo ko koncas(4.vr)

_repeat:

adcin 0, Xos ;Beri X os

adcin 1, Yos ;Beri y os

lcdout $fe,$94," " ;Postavi se v 3. vrstico in jo zbrisi

lcdout $fe,$94," X=", #Xos, " Y=", #Yos ;Izpis koordinat (3. vr)

goto _repeat ;Ponavlaj do izklopa naprave

end

Page 91: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 91

začetku zazna odklon začetnih vrednosti, lahko v tem meniju to popravimo. Program izpiše

idealni vrednosti obeh osi (128), nato pa bere in prikazuje dejanski vrednosti rezultatov

A/D pretvorbe. Ta del programa je izveden kot neskončna zanka, zato moramo, ko smo z

nastavitvami zadovoljni, ponovno zagnati program z izklopom in vklopom naprave.

Razlog za takšno odločitev je v zahtevi po čim manjšem številu vrstic programske kode.

4.6 Koda prvega mikrokrmilnika v sprejemnem delu

V sprejemnem vezju sta dva mikrokrmilnika PIC16F876A. Oba sprejemata ukaze preko

skupnega vodila, vendar pa so ukazi programsko ločeni. Prvi mikrokrmilnik upravlja s

pogonskima motorjema, koračnim motorjem za izmet vabe, vklopi in izklopi osvetlitve ter

s kamero. Programsko mu dodelimo naslov preko spremenljivke uC_ID in tako izvaja

ukaze le, če ima prejeti podatek za to spremenljivko pravo vrednost.

4.6.1 Diagram poteka prvega mikrokrmilnika

Na sliki 4.6.1 je prikazan diagram poteka programske kode za prvi mikrokrmilnik v

sprejemnem vezju. Po inicializaciji spremenljivk mikrokrmilnik neprestano sprejema in

vrednoti prejete ukaze. Shranjevanje podatkov poteka tako, da se prejeti paketi podatkov

shranjujejo v spremenljivke po enakem vrstnem redu, kot so bili poslani. Najprej program

preveri ali prejeti podatki vsebujejo njegov naslov. V primeru prvega mikrokrmilnika je to

prejeta ASCII koda za znak številke 1. V primeru, da prvi paket prejetih podatkov ne

vsebuje te kode, program veji na oznako NoData, kjer mikrokrmilnik izvaja utripanje diode

LED. Če je naslov pravilen, so prispeli podatki na skupnem vodilu namenjeni njemu in

programska koda prične vrednotiti vrednosti v spremenljivki Data1 in izvajati zahtevane

funkcije.

Page 92: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 92

Slika 4.6.1: Diagram poteka za 1. mikrokrmilnik v sprejemnem vezju

Page 93: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 93

4.6.2 Opis kode

Pričnemo z vključitvijo rutin za serijsko komunikacijo in inicializacijo registrov

mikrokrmilnika PIC16F876A (slika 4.6.2).

V začetnih nastavitvah nastavimo priključke vrat A kot izhodne. Služijo za krmiljenje

osvetlitve in kamere, zato jim na začetku definiramo nizko logično stanje. Koračni motor

in oba releja krmilimo s priključki na vratih B, zato naj bodo tudi ti izhodni in na začetku v

nizkem logičnem stanju. Edini vhodni priključek tega mikrokrmilnika je priključek sedem

na vratih C, ki služi kot vhod za prejete podatke sprejemnega modul, zato sedmi bit

registra TRISC nastavimo kot vhod (1), ostale pa definiramo kot izhodne. Priključka RC1

in RC2 bomo uporabili za izhod obeh pulzno-širinsko moduliranih signalov. Na začetku

naj bodo vsi priključki teh vrat, z registrom PORTC, nastavljeni na nizko logično stanje.

Nato najavimo spremenljivke za funkcije programa, kot prikazuje slika 4.6.3.

include "modedefs.bas" ;Vkljuci rutine za serijsko komunikacijo

TRISA = %000000 ;V/I: vsi Izhodi (za IR, LED, kamera)

PortA = %000000 ;V/N: vsi Nizko

TRISB = %00000000 ;V/I: vsi Izhodi (za koracni motor in releja)

PortB = %00000000 ;V/N : vsi Nizko

TRISC = %10000000 ;V/I: 7-Vhod (Rx-sprejemnik), ostali Izhod

PortC = %00000000 ;V/N: vsi Nizko

Slika 4.6.2: Inicializacija registrov 1. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju

Slika 4.6.3: Najava spremenljivk v kodi 1. mikrokrmilnika v sprejemniku

uC_ID var byte ;Spremenljivka za naslov mikrokrmilnika

Data1 var byte ;Spremenljivka za kategorijo ukaza

Xos var byte ;Spremenljivka za X os

Yos var byte ;Spremenljivka za Y os

Counter var byte ;Pomozna spremenljivka za stevec obratov koracnega motorja

freq con 2000 ;Frekvenca za PWM

Page 94: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 94

Spremenljivki uC_ID in Data1 imata enaki vlogi kot v oddajni kodi in hranita prejeti

vrednosti za naslov mikrokrmilnika in kategorijo ukaza. V Xos in Yos se vpišeta prejeti

vrednosti obeh koordinat premika igralne palice. Pomožno spremenljivko Counter

uporabljamo za števec obratov koračnega motorja. Definiramo še frekvenco freq, ki pa jo

lahko najavimo kot konstanto, saj se njena vrednost med programom ne bo spreminjala.

Vrednost nastavimo na 2 kHz.

Nato začnemo s pisanjem kode glavnega dela programa s funkcijami za vrednotenje tipa

prejetih podatkov v spremenljivki Data1 (slika 4.6.4).

Najprej vklopimo signalno diodo LED, ki označuje, da mikrokrmilnik deluje in da se

program izvaja. Nato program z ukazom serin sprejme prispele podatke. V primeru, da

oddajnik ne pošilja nobenih ukazov, se program na tej vrstici ustavi in čaka na prispele

podatke. To je dobra lastnost, saj se tako prepreči izvajanje neželenih funkcij. Ko podatki

prispejo, program najprej preveri ali prvi paket podatkov Data1 ustreza vrednosti ena, torej

naslovu tega krmilnika. Če prispela vrednost ni enaka 1, program veji na oznako NoData,

kjer preko utripa druge diode LED označi, da je neke podatke sicer sprejel, vendar niso

Slika 4.6.4: Vrednotenje tipa prejetih podatkov 1. mikrokrmilnika v sprejemniku

main: ;Zacetek glavnega programa

high portc.3 ;indikator da se program izvaja

serin portc.7,t9600, uC_ID, Data1, Xos, Yos ;Sprejmi serijske podatke

if uC_ID <>1 then NoData ;Ce ni podatkov za prvi krmilnik, pojdi na NoData

if Data1=1 then DC ;Ce so podatki za pogonska motorja pojdi na DC

if Data1=2 then Stepper ;Ce so podatki za koracni motor, skok na stepper

if Data1=3 then LED_ON ;Ce so podatki za vklop LED, skok na LED_ON

if Data1=6 then LED_OFF ;Ce so podatki za izklop LED, skok na LED_OFF

if Data1=5 then IR_ON ;Ce so podatki za vklop IR, pojdi na IR_ON

if Data1=4 then IR_OFF ;Ce so podatki za izklop IR, pojdi na IR_OFF

if Data1=7 then CAM_ON ;Ce so podatki za vklop kamere, pojdi na CAM_ON

if Data1=8 then CAM_OFF ;Ce so podatki za izklop kamere, pojdi na CAM_OFF

goto main ;Ce ni nič od tega potem skoci na main

Page 95: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 95

namenjeni njemu. S tem zagotovimo kontrolo nad delovanjem in hkrati preverjamo, da

program ni neželeno obstal. Nato pričnemo s preverjanjem vrednosti spremenljivke za

kategorijo ukaza. Podatki so poslani in prejeti v obliki številčne vrednosti med ena in

osem, tako da ob sprejetju ene od števil program lahko veji na ustrezno oznako

podprogramov za izvedbo funkcij. V primeru, da ne sprejme nobene od teh števil, program

skoči nazaj na začetek kjer je zopet pripravljen na sprejemanje novih ukazov. Nato

pričnemo s pisanjem funkcij za prejete ukaze na sliki 4.6.5. Vsaka funkcija vklopi ali

izklopi določen priključek na vratih B in s tem krmili oba načina osvetlitve modela in

kamero. Tako dobimo možnost upravljanja s porabo.

LED_ON: ;Funkcija za vklop LED osvetlitve

high PortA.3 ;Vklopi LED osvetlitev

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

LED_OFF: ;Funkcija za izklop LED osvetlitve

low PortA.3 ;Izklopi LED osvetlitev

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

IR_ON: ;Funkcija za vklop IR osvetlitve

high PortA.2 ;Vklopi IR osvetlitev

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

IR_OFF: ;Funkcija za izklop IR osvetlitve

low PortA.2 ;izklopi IR osvetlitev

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

CAM_ON: ;Funkcija za vklop kamere

high PortA.1 ;Vklopi kamero

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

CAM_OFF: ;Funkcija za izklop kamere

low PortA.1 ;Izklopi kamero

goto main ;Skok na začetek programa in ponovno branje ukazov

Slika 4.6.5: Funkcije za implementacijo prejetih ukazov za 1. mikrokrmilnik (1)

Page 96: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 96

Nadaljujemo s pisanjem funkcij za krmiljenje pogonskih motorjev (slika 4.6.6).

DC: ;Funkcije za krmiljenje pogonskih motorjev

if Yos >= 120 & Yos <= 140 and Xos >= 120 & Xos <= 140 then ;Stop podrocje

HPWM 1,0,FREQ ;PWM = 0 na prvem kanalu (Levi motor)

HPWM 2,0,FREQ ;PWM = 0 na drugem kanalu (Desni motor)

endif ;Ce VSAJ eden od njiju ni v stop podrocjupotem pojdi dalje

if Xos > 120 & Xos < 140 & Yos > 140 then ;Ce je X os v stop, Y os pa NAPREJ:

gosub RelayFWD ;Preklopi kretnico (releja) za oba motorja v urino smer

HPWM 1,Yos,FREQ ;LEVI motor vrti s hitrostjo yos

hPWM 2,Yos,FREQ ;DESNI motor vrti s hitrostjo Yos

endif ;Ce ni izpolnjen pogoj za voznjo naprej, pojdi dalje

if Xos > 120 & Xos < 140 & Yos < 120 then ;Ce je X os v stop, Y os pa NAZAJ:

gosub RelayBCK ;Preklopi kretnico (releja) za oba motorja v protiurno smer

HPWM 1,255-Yos,FREQ ;LEVI motor vrti s hitrostjo yos

hPWM 2,255-Yos,FREQ ;DESNI motor vrti s hitrostjo Yos

endif ;Ce ni izpolnjen pogoj za voznjo nazaj, pojdi dalje

if yos > 120 & yos < 140 & xos > 140 then ;Ce je Y os v stop, X os pa LEVO:

gosub RelayFWD ;Preklopi kretnico (releja) za oba motorja v urino smer

HPWM 1,0,FREQ ;LEVI motor STOP

hPWM 2,xos,FREQ ;DESNI motor vrti

endif ;Ce ni izpolnjen pogoj za voznjo LEVO, pojdi dalje

if yos > 120 & yos < 140 & xos < 120 then ;Ce je Y os v stop, X os pa DESNO:

gosub RelayFWD ;Preklopi kretnico (releja) za oba motorja v urino smer

HPWM 1,255-xos,FREQ ;LEVI motor vrti

hPWM 2,0,FREQ ;DESNI motor STOP

endif ;Ce ni izpolnjen pogoj za voznjo DESNO, pojdi dalje

goto main ;Ce ni izpolnjen nobeden od pogojev polozaja osi rocice, pojdi nazaj

Slika 4.6.6: Funkcije za implementacijo prejetih ukazov za 1. mikrokrmilnik (2)

Page 97: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 97

Pričnemo s preverjanjem prejetih vrednosti koordinat krmilne ročice igralne palice. Najprej

preverimo ali je položaj ročice v nevtralnem položaju. Za X in Y os izberemo področje

vrednosti med 120 in 140. Če sta vrednosti spremenljivk Xos in Yos v teh mejah, z

ukazoma HPWM nastavimo vrednosti za delovni cikel obeh pulzno-širinskih kanalov na

0 %. Motorja pri takšnih nastavitvah mirujeta.

Ukaz HPWM upravlja s strojno podprto funkcijo generiranja pulznega signala na izbranem

kanalu, ki je prvi argument te funkcije. Vrednost drugega argumenta je delovni cikel, ki je

številčna vrednost med 0 in 255. Nič pomeni signal brez visokih nivojev, 255 pa

konstanten visok nivo signala, brez pavze. Vmesne vrednosti definirajo ustrezna razmerja

med visokimi in nizkimi stanji signala in na ta način določajo povprečno vrednost

napetosti. Zadnji argument tega ukaza je frekvenca pulzov, katero smo na začetku

programa nastavili na 2 kHz.

Če vrednosti spremenljivk Xos in Yos nista v mejah za mirovanje motorjev (t.i stop

področje), v naslednjih preverjanjih ugotovimo kakšni so položaji ročice in izvedemo

različne smeri vrtenja in hitrosti. Če je vrednost koordinate Y v matematično pozitivnem

področju ima spremenljivka Yos vrednost večjo od 140. Pri pogoju, da je koordinata X v

središčnem položaju to pomeni, da je zahtevana smer vožnje naprej. Oba motorja se

morata takrat vrteti v urino smer s hitrostjo, ki jo določi vrednost spremenljivke Yos. Pred

zagonom motorja program skoči v podprogram, kjer s preklopi obeh relejev usmeri pulzni

signal na ustrezni vhod krmilnega vezja H-most. Če je vrednost spremenljivke Yos manjša

od 120, Xos pa je v stop področju, to pomeni vzvratno vožnjo. V tem primeru pomeni

manjšanje vrednosti spremenljivke Yos, večjo hitrost, zato moramo v argumentu ukaza

HPWM pri obeh motorjih to popraviti tako, da od največje vrednosti za to spremenljivko

odštejemo dejansko vrednost. Hitrost motorjev je sedaj obratno sorazmerna z vrednostjo

spremenljivke Yos. Pred zagonom motorjev sledi še skok v podprogram, ki preklopi releja

v ustrezna položaja za protiurno smer vrtenja obeh motorjev. Za smer položaja ročice levo

in desno postopamo podobno, le da sedaj preverjamo ali je koordinata Y v t.i stop področju

in kakšna je vrednost spremenljivke Xos.

V obeh primerih krmilimo hitrost le enemu motorju, drugi pa miruje. Izvedba funkcij

podprogramov za krmiljenje obeh relejev pri spremembah smeri vrtenja motorjev je

prikazana na sliki 4.6.7. Oba podprograma krmilita posebna releja z dvema stanjema.

V prvem podprogramu oba releja preklopita pulzna signala na vhoda H-most vezja za

Page 98: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 98

vrtenje v urino smer, v drugem pa na vhoda za vrtenje v protiurno smer. Po vklopih sledi

krajša pavza dolžine 20 ms, da se preklopa lahko izvedeta. Nato program izklopi signale,

da vezje po nepotrebnem ne troši energije na tuljavicah. Preklopljeno stanje se namreč v

teh relejih ohrani tudi ko preklopnim tuljavicam prekinemo napajanje. Z ukazom return se

po izvedenih funkcijah podprogram vrne na mesto, kjer je bil klican.

Nato zapišemo funkcije za krmiljenje koračnega motorja za izmet vabe (slika 4.6.8).

Pričnemo z najavo spremenljivke za Speed, ki predstavlja pavzo med vklopi navitja.

Vrednost 10 predstavlja hkrati tudi hitrost vrtenja, saj manjša pavza med vklopi

posameznih navitij koračnega motorja pomeni večjo hitrost vrtenja. Nato program 150 krat

ponovi vklope in izklope navitij in tako zavrti os motorja 150 krat. Z uporabljenimi

zobniškimi prenosi to število obratov osi motorja ustreza enemu ciklu obrata mehanizma

za izmet vabe.

RelayFWD:

high portb.7 ;Usmeri PWM na prvi motor (urina smer) Preklop releja

high portb.6 ;Usmeri PWM na drugi motor (urina smer) Preklop releja

pause 50 ;Pocakaj, da releji preklopijo

PortB = %00000000 ;Izklopi signale relejem

return ;izhod iz podprograma za kretnico "naprej"

RelayBCK:

high portb.5 ;Usmeri PWM na prvi motor (protiurna smer). Preklop releja

high portb.4 ;Usmeri PWM na drugi motor (protiurna smer). Preklop releja

pause 50 ;Pocakaj, da releji preklopijo

PortB = %00000000 ;Izklopi signale relejem

return ;izhod iz podprograma za kretnico "nazaj"

Slika 4.6.7: Podprograma za preklope relejev pri krmiljenju pogonskih motorjev

Page 99: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 99

Na koncu napišemo še rutine funkcije za utripanje signalne diode LED, ki označuje, da

prejeti podatki niso namenjeni za ta mikrokrmilnik slika 4.6.9.

Program vklopi diodo na petem priključku vrat C in počaka 50 ms preden jo izklopi. V

primeru daljšega obdobja brez podatkov za ta mikrokrmilnik dioda utripa. Program na

Stepper:

speed con 10 ;Pavza med vklopi navitij (hitrost vrtenja)

for Counter = 0 to 150 ;Vrti motor za en cikel izmeta vabe

PortB = %00000001 ;Aktiviraj samo prvo navitje

pause speed ;Pocakaj 10 ms (speed)

PortB = %00000010 ;Aktiviraj samo drugo navitje

pause speed ;Pocakaj 10 ms (speed)

PortB = %00000100 ;Aktiviraj samo tretje navitje

pause speed ;Pocakaj 10 ms (speed)

PortB = %00001000 ;Aktiviraj samo cetrto navitje

pause speed ;Pocakaj 10 ms (speed)

PortB = %00000000 ;Izklopi navitja

next Counter ;Naslednja vrednost stevca

goto main ;Skok na zacetek programa in ponovno branje ukazov

NoData: ;Utrip diode LED, ko komanda ni namenjena prvemu mikrokrmilniku

high portc.4 ;Vklop diode

pause 50 ;Cakaj 50 ms

low portc.4 ;Izklop diode

goto main ;Skok na zacetek programa in ponovno branje ukazov

end ;Konec programa

Slika 4.6.8: Funkcije za krmiljenje koračnega motorja za izmet vabe

Slika 4.6.9: Funkcija za utripanje diode LED v 1. mikrokrmilniku v sprejemnem vezju

Page 100: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 100

koncu zaključimo z ukazom end, ki sicer ni nujno potreben, vendar s tem programu

omogočimo referenco, če zaide.

4.7 Koda drugega mikrokrmilnika v sprejemnem delu

Drugi mikrokrmilnik v sprejemnem vezju krmili servo motorje za izpust obeh navezov in

premikanje kamere. Hkrati preverja stanje akumulatorskih baterij na krovu in izpisuje

vrednosti kapacitet na prikazovalnik LCD.

4.7.1 Diagram poteka drugega mikrokrmilnika

Na sliki 4.7.1 je prikazan diagram poteka za drugi mikrokrmilnik v sprejemnem vezju.

Slika 4.7.1: Diagram poteka za 2. mikrokrmilnik v sprejemnem vezju

Page 101: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 101

4.7.2 Opis kode

Pričnemo z vključitvijo rutin za serijsko komunikacijo in inicializacijo registrov

mikrokrmilnika PIC16F876A (slika 4.7.2).

Priključke RA0, RA1 in RA3 nastavimo kot vhodne, ker jih potrebujemo za merjenje

napetosti baterij. Za priklop prikazovalnika LCD uporabimo vrata B, zato definiramo

priključke kot izhodne. Priključek RC7 nastavimo kot vhodni, ker krmilnik preko njega

sprejema serijske podatke. Ostale registre nastavimo kot izhode za krmiljenje servo

motorjev. Vrednost ADCON1 registra naj bo %00000100, da aktiviramo želene kanale za

A/D pretvorbo. Nato definiramo parametre za A/D pretvorbo in parametre za komunikacijo

s prikazovalnikom LCD (slika 4.7.3). Izberemo 8-bitno ločljivost A/D pretvorbe, ki

zadošča za 28 (256) različnih digitalnih vrednosti v območju napetosti za pretvorbo. Čas

vzorčenja merjenih napetosti nastavimo na 50 µs, za vir vzorčevalnega signala pa izberemo

notranji oscilator mikrokrmilnika.

Za komunikacijo s prikazovalnikom LCD izberemo vrata B na mikrokrmilniku

PIC16F876A in določimo kateri priključki naj služijo za pretok podatkov in krmilne linije.

Tudi za prikazovalnik na plovilu izberemo 4-bitno komunikacijo z mikrokrmilnikom.

Nastavitve so enake, kot v kodi oddajnika, z izjemo določitve števila vrstic, ki jih v tem

primeru nastavimo na dva, saj je na krovu plovila prikazovalnik z dvema vrsticama.

Slika 4.7.2: Inicializacija registrov 2. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju

include "modedefs.bas" ;Vkljuci rutine za serijsko komunikacijo

TRISA = %001011 ;Prikljucki 0,1,3 so vhodi ( A/D). Za napetost baterij

PortA = %000000 ;V/N: vsi Nizko

TRISB = %00000000 ;V/I: vsi Izhodi (za LCD)

PortB = %00000000 ;V/N: vsi Nizko

TrisC = %10000000 ;RC.7 naj bo I_nput za RX ostali O_utput

PortC = %00000000 ;V/N: vsi Nizko

ADCON1 = %00000100 ;PortA 0,1,3 naj bodo A/D vhodi

Page 102: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 102

Nadaljujemo z najavo spremenljivk za uporabo v funkcijah (slika 4.7.4).

Vse spremenljivke, razen Logic in Load, lahko pri najavi ustvarimo dolžine byte. Njima je

potrebno zagotoviti večji prostor v pomnilniku, ker hranita vmesne vrednosti izračunov, ki

define ADC_BITS 8 ;Rezultat A/D pretvorbe naj ima 8 bitov

define ADC_CLOCK 3 ;Za A/D uro uporabi notranji RC oscilator

define ADC_SAMPLEUS 50 ;Čas vzorčenja v us

define LCD_DREG PORTB ;Dolocitev porta za podatkovne linije (Data REGister)

define LCD_DBIT 4 ;Dolocitev prve podatkovne linije-RB4 (RB7 je zadnja)

define LCD_RSREG PORTB ;Dolocitev porta za RS linijo - PortB

define LCD_RSBIT 3 ;Dolocitev pina za RS linijo – RB3

define LCD_EREG PORTB ;Dolocitev porta za E linijo - PortB

define LCD_EBIT 0 ;Dolocitev pina za E linijo – RB0

define LCD_BITS 4 ;Dolocitev nacina komunikacije – 4 bitna

define LCD_LINES 2 ;Dolocitev stevila vrstic prikazovalnika – 2 vrstici

define LCD_COMMANDUS 2000 ;Dolocitev pavze med kontrolnimi ukazi – 2000 us

define LCD_DATAUS 50 ;Dolocitev pavze med posiljanjem podatkov – 50 us

Slika 4.7.3:Definicije parametrov za A/D pretvorbo in komunikacijo s prikazovalnikom

Slika 4.7.4: Najava spremenljivk v kodi 2. mikrokrmilnika v sprejemnem vezju

b0 var byte ;Pomozna spremenljivka za servo motorje

uC_ID var byte ;Spremenljivka za naslov mikrokrmilnika

Data1 var byte ;Spremenljivka za kategorijo ukaza

Data2 var byte ;Spremenljivka za podatke funkcijam

Bat1 var byte ;Spremenljivka za rezultat A/D pretvorbe 1. baterije

Bat2 var byte ;Spremenljivka za rezultat A/D pretvorbe 2. baterije

Logic var word ;Spremenljivka za izpis kapacitete 1. baterije

Load var word ;Spremenljivka za izpis kapacitete 2. baterije

Page 103: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 103

presegajo vrednosti 256. Nato začnemo s pisanjem funkcij glavnega dela programa (slika

4.7.5).

Napetosti obeh akumulatorskih baterij na plovilu pretvorimo v digitalno vrednost z

meritvijo preko A/D kanala nič in ena (priključka RA0 in RA1), ter vrednosti shranimo v

spremenljivki Bat1 in Bat2. Nato rezultate pretvorimo, da bodo v mejah med 0 in 100, kar

predstavlja odstotke napolnjenosti baterij.

Vrednost za izpis na prikazovalnik LCD dobimo tako, da od rezultata A/D pretvorbe

odštejemo vrednost pretvorbe, ki ustreza najmanjši želeni napetosti merjene baterije.

Dobljeno vrednost nato množimo s 100 in na koncu še delimo z razliko največje in

najmanjše vrednosti A/D pretvorbe. Vrednosti za računanje razlike določimo

eksperimentalno, z meritvijo rezultatov A/D pretvorbe napetosti polne (12,6 V) baterije in

vrednosti napetosti pri prazni bateriji (10,5 V), pri napetosti 10,5 V. Slednja vrednost

napetosti je tista, pod katero ne želimo izprazniti baterij. Program nadaljujemo s funkcijami

sprejemanja in vrednotenja prejetih podatkov, kot prikazuje slika 4.7.6. Program sprejme

vrednost naslova mikrokrmilnika uC_ID, vrednost za kategorijo ukaza Data1 in podatke

funkcijam Data2.

main: ;Zacetek glavnega programa

high portc.4 ;indikator da se program izvaja

adcin 0, Bat1 ;Beri rezultat A/D pretvorbe napetosti 1. baterije

adcin 1, Bat2 ;Beri rezultat A/D pretvorbe napetosti 2. baterije

Logic = ((Bat1 - 122) * 100 ) / 24 ;MAX=146(12.6V) MIN= 122(10,5V)

Load = ((Bat2 - 117) * 100 ) / 23 ;MAX=140(12.6V) MIN= 117(10,5V)

lcdout $fe,1, "ACCU Logic: ", #Logic,"%" ;Kapaciteta baterije za logiko

lcdout $fe,$c0,"ACCU Load: ", #Load,"%" ;Kapaciteta baterije bremen

Slika 4.7.5: Določanje in izpis stanja akumulatorskih baterij na krovu

Page 104: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 104

Nato preveri ali je vrednost naslova v spremenljivki uC_ID enaka dva in v nasprotnem

primeru veji na oznako NoData, kjer z utripom diode uporabniku sporoča, da prejeti

podatki niso namenjeni drugemu mikrokrmilniku.

Če je naslov mikrokrmilnika ustrezen, program prične z vrednotenjem podatkov o

kategoriji ukaza in veji na ustrezne oznake.

Nadaljujemo s podprogrami za izvedbo funkcij drugega mikrokrmilnika. Pričnemo s

funkcijo krmiljenja servo motorja za premikanje kamere (slika 4.7.7).

Servo motorji potrebujejo med vrtenjem do želenega kota zasuka stalno prisotnost krmilnih

pulzov, zato pošljemo pulze 60 krat. Vrednost določimo eksperimentalno, saj se hitrosti

vrtenja servo motorjev razlikujejo. Med pošiljanjem so potrebne krajše pavze, ker krmilna

serin portc.7,t9600, uC_ID, Data1, Data2 ;Sprejmi serijske podatke

if uC_ID <> 2 then NoData ;Ce ni podatkov za drugi krmilnik, pojdi na NoData

if Data1=2 then ServoCAM ;Ce so podatki za premik kamere pojdi na ServoCAM

if Data1=3 then ServoRIG1 ;Ce so podatki za izpust naveza 1, skok na ServoRIG1

if Data1=4 then ServoRIG2 ;Ce so podatki za izpust naveza 2, skok na ServoRIG2

IF Data1=5 then ServoRIG12 ;Ce so podatki za izpust obeh navezov

IF Data1=6 then ServoRIGSET ;Ce so podatki za izpust obeh navezov

goto main ;Ce ni nič od tega potem skoci na main

ServoCAM: ;Podprogram za premikanje kamere

For b0 = 1 to 60 ;Poslji signal 60 krat, da se motor lahko prevrti

pulsout Portc.2, Data2 ;Data2 * 10 usec = dolzina pulza

pause 10 ;10 ms je obicajni reakcijski cas za vecino servo motorjev

next ;Ponovi

goto main ;Po koncanju skok nazaj na branje ukazov

Slika 4.7.6: Sprejemanje in vrednotenje prejetih podatkov v kodi 2. mikrokrmilnika

Slika 4.7.7: Podprogram za krmiljenje servo motorja za premikanje kamere

Page 105: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 105

elektronika potrebuje določen čas za odziv. Običajni reakcijski časi servo motorjev so med

10 in 20 µs. Po zaključku funkcije program veji nazaj na branje prispelih ukazov. Nato

zapišemo funkcije za krmiljenje obeh servo motorjev za izpust (slika 4.7.8) in ponastavitev

navezov (slika 4.7.9).

Krmiljenje servo motorjev za izpust navezov deluje podobno kot premikanje kamere. V teh

primerih so koti zasukov za izpust in ponastavitev ročic motorjev konstantne vrednosti,

zato ne potrebujemo spremenljivk za podatke o zasukih. Vrednosti določimo kar pred

izvedbo pošiljanja pulzov. Upoštevati je potrebno, da sta levi in desni motor z vgradnjo v

trup modela zrcalno premaknjena, zato se morata njuni osi za izpust navezov proti

zadnjemu delu plovila zavrteti v nasprotnih smereh. Tako motorju za izpust levega naveza

pošiljamo pulze za vrtenje v skrajno levo smer, desnemu pa pulze za skrajni desni položaj

osi. Pri ponastavitvah mehanizmov zamenjamo vrednosti.

ServoRIG1: ;Podprogram za izpust naveza 1

For b0 = 1 to 60 ;Poslji signal 60 krat, da se motor lahko prevrti

pulsout Portc.1, 230 ;230 * 10usec = 2,3 msec (ukaz za zasuk 180 st)

pause 10 ;10 ms je obicajni reakcijski cas za vecino servo motorjev

next ;Ponovi

goto main ;Po koncanju skok nazaj na branje ukazov

ServoRIG2: ;Podprogram za izpust naveza 2

For b0 = 1 to 60 ;Poslji signal 60 krat, da se motor lahko prevrti

pulsout Portc.0, 60 ;60 * 10usec = 0,6 msec (ukaz za zasuk 0 st)

pause 10 ;10 ms je obicajni reakcijski cas za vecino servo motorjev

next ;Ponovi

goto main ;Po koncanju skok nazaj na branje ukazov

Slika 4.7.8: Podprograma za krmiljenje servo motorjev pri ločenem izpustu navezov

Page 106: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 106

Na koncu napišemo še funkcijo za utripanje signalne diode LED (slika 4.7.10), ki

označuje, da prejeti podatki niso namenjeni za ta mikrokrmilnik in program zaključimo z

ukazom end.

ServoRIG12: ;Podprogram za izpust naveza 1 in 2

For b0 = 1 to 60 ;Poslji signal 60 krat, da se motor lahko prevrti

pulsout Portc.1, 230 ;Izpust levega naveza

pulsout Portc.0, 60 ;Izpust desnega naveza

pause 10 ;10 ms je obicajni reakcijski cas za vecino servo motorjev

next ;Ponovi

goto main ;Po koncanju skok nazaj na branje ukazov

ServoRIGSET: ;Podprogram za ponastavitev izpusta naveza 1 in 2

For b0 = 1 to 60 ;Poslji signal 60 krat, da se motor lahko prevrti

pulsout Portc.1, 60 ;Ponastavitev levega naveza

pulsout Portc.0, 230 ;Ponastavitev desnega naveza

pause 10 ;10 ms je obicajni reakcijski cas za vecino servo motorjev

next ;Ponovi

goto main ;Po koncanju skok nazaj na branje ukazov

Slika 4.7.9: Podprograma za skupen izpust navezov in ponastavitev ročice mehanizmov

Slika 4.7.10: Funkcija za utripanje diode LED v 2. mikrokrmilniku v sprejemnem vezju

NoData: ;Utrip diode LED, ko komanda ni namenjena drugemu mikrokrmilniku

high portc.5 ;Vklop diode

pause 50 ;Cakaj 50 ms

low portc.5 ;Izklop diode

goto main ;Skok na zacetek programa in ponovno branje ukazov

end ;Konec programa

Page 107: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 107

S predstavitvijo programske opreme v mikrokrmilnikih zaključujemo opis izvedbe

brezžično vodenega modela za prevoz vab pri ribolovu. Programska oprema je napisana

tako, da omogoča čim enostavnejše izvedbe zahtevanih funkcij modela, zato programi v

mikrokrmilnikih niso vselej optimizirani za najučinkovitejšo izrabo pomnilnikov.

Page 108: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 108

5 IMPLEMENTACIJA IN TESTIRANJE

5.1 Meritve

Po zaključku izdelave modela, elektronskih vezij in programske opreme smo opravili še

meritve nekaterih elektronskih sklopov sprejemnega vezja. Pridobljeni podatki se lahko

uporabijo kot pokazatelj pravilnega delovanja vgrajenih komponent in kot informacija o

porabi energije. Meritve smo opravili le za večje tokovne porabnike.

5.1.1 Meritve ključnih elektronskih komponent

Meritve nekaterih napetosti in tokov ter izračune moči predstavljamo v tabeli 5.1.1.

Tabela 5.1.1: Električne meritve ključnih elektronskih komponent

Porabnik Napetost [ V ] Tok [ A ] Moč [ W ] Opombe

Pogonski motor 8 1,1 8,8 Vgrajena sta dva

Koračni motor 12 0,25 3 Za eno navitje

Modul kamere 9 0,12 1,08 /

Oddajnik video signala 9 0,20 1,8 /

Diode LED 12 0,32 3,84 20 diod

Diode IR 9 0,09 0,81 32 diod

5.1.2 Meritve dometa brezžičnih povezav

Brezžično povezavo za upravljanje modela smo testirali do razdalje 100 metrov in

ugotovili, da na tej razdalji komunikacija poteka nemoteno. Med sprejemnikom in

oddajnikom pri testiranju ni bilo fizičnih objektov. Domet brezžične zveze video signala

do te razdalje deluje zadovoljivo, nato prične zveza slabiti.

5.2 Preizkus plovnih in manevrskih sposobnosti

Plovne in manevrske sposobnosti so v pričakovanih okvirih. Plovilo je stabilno tudi pri

srednji jakosti vetra in manjših valovih. Hitrost plovbe je okoli enega vozla. Pri razdalji

Page 109: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 109

večji od 40 metrov od obrežja, plovilo ni več sposobno premagovati upora dveh ribiških

vrvic v vodi.

5.3 Preizkus sistemov za izmet vabe in izpust navezov

Sistemi za izmet vabe in izpust obeh navezov delujejo dobro. Opazili smo pomanjkljivost

zbiralnika za vabo, saj je potrebno kroglice vanj natančno zložiti po vrsticah. V

nasprotnem primeru lahko zgodi, da se kroglice zagozdijo med okvirjem zbiralnika vabe in

zobmi sistema za izmet.

6 SKLEP

Z izvedbo projekta smo želeli nadgraditi obstoječe izvedbe ribiških krmilnih čolnov. Po

trenutno dostopnih informacijah na tržišču ni modelov z reguliranim načinom izmeta vabe,

prav tako so redki opremljeni z nadzorno kamero. Izdelan model ponuja širok spekter

uporabe in poleg natančne izbire mesta lova omogoča tudi izmet določne količine vabe in

neodvisen izpust dveh navezov. Dodatno je mogoče model uporabljati v izvidniške

namene, uporaba pa je možna tudi v temi. Zaradi izbranega načina upravljanja preko

igralne palice je doseženo zelo enostavno krmiljenje z možnostjo daljinskega nadzora

osvetlitve in premikanja kamere. Energijska poraba modela je relativno nizka in omogoča

zahtevano polurno avtonomijo. Ocenjujemo, da smo pri izdelavi dosegli prav vse

zastavljene cilje. Razvoj je trajal približno mesec dni in je potekal brez večjih težav. Za

najbolj zamudni del izdelave se pokazala izdelava konstrukcije modela, saj smo si zastavili

zelo visoka merila za natančnost izgradnje. Dodamo lahko, da smo imeli pri izdelavi tudi

kanček sreče, saj običajno projekti podobnih kompleksnosti ne potekajo brez težav.

6.1 Možnosti za nadgradnjo

Trenutna izvedba modela omogoča kar nekaj možnosti za nadgradnjo. Kot prvo lahko

navedemo razširitev upravljanja s priklopom oddajnika na prenosni računalnik. Tako bi se

izognili prikazovalniku LCD in monitorju za nadzorno kamero. Namesto oddajnih in

sprejemnih modulov bi lahko uporabili brezžični usmerjevalnik in tako dodali možnost

Page 110: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 110

upravljanja z mobilnim telefonom. Namesto uporabljenih svinčenih akumulatorskih baterij

bi lahko vgradili baterije lažjega tipa, na primer v tehnologiji litij-polimer. Tako bi občutno

zmanjšali težo in s tem povezano velikost modela. Žal GPS sprejemniki za neprofesionalno

civilno uporabo redko dosegajo natančnosti večje od treh metrov in tako njihova vgradnja

ne omogoča posebne pridobitve.

6.2 Nasveti za vzdrževanje in uporabo

Model ni zahteven za vzdrževanje in uporabo, vendar je za dosego trajne funkcionalnosti

potrebno upoštevati nekatera navodila pri pripravi za uporabo in konzervacijo po njej. Pred

uporabo je potrebno preveriti vse funkcije modela in po potrebi podmazati mehanizem za

izmet vabe. Pred vsako uporabo obvezno dodamo malo mazalnega olja prenosom

pogonskih motorjev. Olje dovajamo preko nastavka na gredi. Priporočamo parafinsko olje.

Baterije vedno napolnimo do maksimalne kapacitete. Napetost polnjenja naj bo med 13,8

in 15 V. Začetni tok polnjenja obeh vzporedno vezanih baterij za bremena naj ne presega

800 mA, pri polnjenju baterije za krmilno logiko pa pazimo, da tok ne preseže 200 mA. Po

uporabi baterije vedno ponovno napolnimo, stanje napolnjenosti pa spremljajmo tudi ko

modela ne uporabljamo. S tem dosežemo daljšo življenjsko dobo baterij. Po uporabi v

vodi, model očistimo in posušimo.

Page 111: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 111

7 VIRI IN LITERATURA

[1] LPRS, Easy Radio ER400TRS Transceiver Datasheet. [Spletni vir].

http://www.lprs.co.uk/assets/files/ERx00-02SeriesDataSheet(Rev2.5).pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

[2] Microchip, PIC16F87XA Datasheet. [Spletni vir].

http://ww1.microchip.com/downloads/en/DeviceDoc/39582b.pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

[3] ELECTRONIC ASSEMBLY, DotmatrixDisplay 4x20. [Spletni vir].

http://www.lcd-module.com/deu/pdf/doma/4_20.pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

[4] Graupner, Electric motor GRAUPNER SPEED 400. [Spletni vir].

http://www.graupner.de/en/products/80f55fc6-0794/product.aspx

[Dostopano 29. 11. 2010]

[5] STMicroelectronics, L298 Dual Full-Bridge Driver. [Spletni vir].

http://www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1773.pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

[6] STMicroelectronics, ULN2803A. [Spletni vir].

www.st.com/stonline/books/pdf/docs/1536.pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

[7] MicroEngineering Labs, PicbacicPro Compiler. [Spletni vir].

melabs.com/resources/pbpmanual/

[Dostopano 29. 11. 2010]

[8] Uradni list, Uredba o načrtu in razporeditvi radiofrekvenčnih pasov. [Spletni vir].

http://www.uradni-list.si/_pdf/2004/Ur/u2004107.pdf

[Dostopano 29. 11. 2010]

Page 112: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 112

8 PRILOGE

8.1 Naslov Študenta

Ime in priimek: Gregor Pihler

Naslov: Cesta v Debro 33a

Pošta: 3270 Laško

Tel.študenta: 031-342-798

e-mail študenta: [email protected]

Page 113: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela

I Z J A V A O A V T

Spodaj podpisani/-a ____

z vpisno številko ____

sem avtor/-ica diplomskega dela z naslovom:

____Načrtovanje in izvedba brezži

_______________________________________________________________________

S svojim podpisom zagotavljam, da:

• sem diplomsko delo izdelal/ Doc. Dr. Boštjan

• so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ter ključne besede (slov., angl.

• soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu

I Z J A V A O A V T O R S T V U

diplomskega dela

____Gregor Pihler_____________________,

____93511620________________________,

ica diplomskega dela z naslovom:

rtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu

_______________________________________________________________________

S svojim podpisom zagotavljam, da:

sem diplomsko delo izdelal/-a samostojno pod mentorstvom (naziv, ime in priimek)

Vlaovič____________________________________________

so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ne besede (slov., angl.) identični s tiskano obliko diplomskega dela

soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

113

voz vab pri ribolovu

_______________________________________________________________________

a samostojno pod mentorstvom (naziv, ime in priimek)

___________________________

so elektronska oblika diplomskega dela, naslov (slov., angl.), povzetek (slov., angl.) ni s tiskano obliko diplomskega dela

soglašam z javno objavo elektronske oblike diplomskega dela v DKUM.

Page 114: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela

IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA

Podpisani mentor

študent

(ime in priimek študenta

delo z naslovom: Načrtovanje in izvedba brezživab pri ribolovu _

(naslov diplomskega dela)

v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in

mojimi navodili.

čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu

IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA

doc. dr. Boštjan Vlaovič izjavljam, da je

(ime in priimek mentorja)

Gregor Pihler izdelal diplomsko

(ime in priimek študenta-tke)

rtovanje in izvedba brezžično vodenega modela čolna za prevozu _

(naslov diplomskega dela)

v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in

114

IZJAVA O USTREZNOSTI DIPLOMSKEGA DELA

izjavljam, da je

izdelal diplomsko

nega modela čolna za prevoz u _

v skladu z odobreno temo diplomskega dela, Navodili o pripravi diplomskega dela in

Page 115: NA ČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI ČNO …Na črtovanje in izvedba brezži čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu 4 ZAHVALA Za pomo č in vodenje pri opravljanju diplomskega

Načrtovanje in izvedba brezžično vodenega modela

Fakulteta za elektrotehniko

IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUCNEGA DELA

IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV AV

Ime in priimek avtorja (avtorice):

Vpisna številka:

Študijski program:

Naslov zaključnega dela:

VODENEGA MODELA ČOLNA

Mentor:

Podpisani-a Gregor Pihler

elektronsko verzijo zaključnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaklj

sem izdelal-a sam-a ob pomoč

sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj

na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru.

Tiskana verzija zaključnega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal

Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Podpisani

podatkov, vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kr

zaključnega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM.

čno vodenega modela čolna za prevoz vab pri ribolovu

UNIVERZA V MARIBORU

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko(ime fakultete)

IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUCNEGA DELA

IN OBJAVI OSEBNIH PODATKOV AVTORJA

Ime in priimek avtorja (avtorice): Gregor Pihler

93511620

FERI-E VS ELEKTRONIKA VS

NAČRTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽI

ČOLNA ZA PREVOZ VAB PRI RIBOLOVU

Doc. Dr. Boštjan Vlaovič

Gregor Pihler izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal

čnega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaklj

a ob pomoči mentorja. V skladu s 1. odstavkom 21. člena Zakona o avtorskih in

sorodnih pravicah (Ur. l. RS, št. 16/2007) dovoljujem, da se zgoraj navedeno zaklju

na portalu Digitalne knjižnice Univerze v Mariboru.

nega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal

Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Podpisani-a izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih

podatkov, vezanih na zaključek študija (ime, priimek, leto in kraj rojstva, datum zagovora, naslov

nega dela) na spletnih straneh in v publikacijah UM.

115

unalništvo in informatiko

IZJAVA O ISTOVETNOSTI TISKANE IN ELEKTRONSKE VERZIJE ZAKLJUCNEGA DELA

RTOVANJE IN IZVEDBA BREZŽIČNO

izjavljam, da sem za potrebe arhiviranja oddal-a

nega dela v Digitalno knjižnico Univerze v Mariboru. Zaključno delo

lena Zakona o avtorskih in

navedeno zaključno delo objavi

nega dela je istovetna elektronski verziji, ki sem jo oddal-a za objavo v

a izjavljam, da dovoljujem objavo osebnih

aj rojstva, datum zagovora, naslov