2.7 Широтно-импульсная модуляция (шим).

Широтно-Импульсная модуляция, или ШИМ, это операция получения изменяющегося аналогового значения посредством цифровых устройств. Устройства используются для получения прямоугольных импульсов - сигнала, который постоянно переключается между максимальным и минимальным значениями.

Данный сигнал моделирует напряжение между максимальным значением (5 В) и минимальным (0 В), изменяя при этом длительность времени включения 5 В относительно включения 0 В. Длительность включения максимального значения называется шириной импульса.

Для получения различных аналоговых величин изменяется ширина импульса. При достаточно быстрой смене периодов включения-выключения можно подавать постоянный сигнал между 0 и 5 В на светодиод, тем самым управляя яркостью его свечения.

3. Постановка задачи.

Цель работы – разработать аппаратно-программный комплекс для мобильного робота на базе Arduino для управления мобильным роботом через последовательный порт.

Задачи:

• Изучить платформу Arduino.

• Изучить исходную модель мобильного робота.

• Изучить способы передачи данных через последовательный порт.

• Разработать алгоритм обработки и исполнения получаемых команд.

• Разработать структурную схему проекта.

• Разработать программное обеспечение.

• Провести испытания.

4. Конструкторская часть.

В данном разделе описывается практическая реализация проекта.

4.1 Конструкция робота.

Для реализации проекта были выбраны элементы платформы робо-конструктора Makeblock Ultimate Robot Kit.

В качестве несущей конструкции мобильного робота выступали следующие элементы:

• Рейка, в количестве 2-ух штук, с восемью отверстиями и желобом 128 мм.

• Два уголка с отверстиями 3×3.

• Две плашки для крепления поворотных колес.

• Два колеса (68,5×22 мм).

• Два крепления для моторов (⌀ 25 мм, D-шпиндель 4 мм).

• Два двигателя постоянного тока (⌀ 25 мм, D-шпиндель 4 мм)

• Два листа фанеры в форме круга: толщина- 2мм., ⌀ 140мм.

На рисунке 4.1 представлен внешний вид мобильного робота.

Рисунок 4.1- внешний вид мобильного робота.

4.2 Управляющая часть.

В качестве управляющей начинки была выбрана аппаратная платформа Arduino UNO со следующими характеристиками:

• Микроконтроллер (ATmega328).

• Рабочее напряжение – 5В.

• Рекомендуемое входное напряжение 7-12В.

• Предельное входное напряжение 6-20В.

• Цифровые входы/выходы – 14 (6 из которых могут использоваться как выходы ШИМ).

• Аналоговые входы – 6.

• Постоянный ток через вход/выход – 40 мА.

• Постоянный ток для вывода 3.3В – 50 мА.

• Флеш память – 32 Кб из которых 0.5 Кб используются для загрузчика.

• ОЗУ (Оперативно запоминающее устройство) – 2 Кб.

• Тактовая частота – 16МГц.

4.3 Специализированные устройства.

Управление двигателями робота производилось с помощью платы расширения Arduino Motor Shield с техническими характеристиками:

• Напряжение питания: +7…+24В.

• Количество силовых каналов: 4.

• максимально-продолжительный ток каждого канала: 0,6А.

• напряжение питания сервоприводов: 5 В.

• возможность реверса каждого двигателя.

• возможность независимого управления каждым каналом.

• модуль полностью совместим со всеми известными моделями Freeduino/Arduino: MaxSerial, Through-Hole, Diecimila, 2009, Duemilanove, а также Arduino Mega. Версия v3 может удобно стыковаться с Freeduino/Arduino Nano.

На рисунке приведена схема, поясняющая электрические соединения шин питания основной платы Freeduino/Arduino совместно и модуля M-Shield. 3-й штекер джампера питания не связан ни с одной из электрических цепей и предназначен для предотвращения утери перемычки при её переключении из одного положения в другое.

Подключение шин питания показано на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – соединения шин питания с основной платой.