میکرو کنترلر (Microcontroller)

 

کلمه میکروکنترلر از دو کلمه میکرو و کنترلر تشکیل شده است که میکرو یک واحد یونانی است و برابر با 10 به توان منفی 6 متر است. یعنی یک ملیونیوم متر کنترلر نیز به معنای کنترل کننده است.

میکرو کنترلر به دو صورت می تواند عمل کند

بر مبنای ورودی هایی که به آن داده می شود خروجی خود را تنظیم می کند.

یا اینکه ورودی تعریف نشود و تنها بر اساس برنامه عمل کند و خروجی فقط بر اساس برنامه باشد.

به آی سی هایی که قابل برنامه ریزی می باشد و عملکرد آنها از قبل تعیین شده میکروکنترلرگویند میکرو کنترلر ها دارای ورودی - خروجی و قدرت پردازش می باشد  که از بخش های مختلفی چون

Cpu (واحد پردازش)

Alu (واحد محاسبات)

I /O (ورودی ها و خروجی ها)

 Ram حافظه اصلی میکرو

Rom حافظه ای که برنامه روی آن ذخیره می گردد

Timer برای کنترل زمان ها

می باشد. علاوه برآن میکروکنترلرها دارای خانواده های مختلفی چون PIC - AVR – 8051 ها می شوند که به بررسی تک تک آنها خواهیم پرداخت از قابلیت های فوق العاده میکرو کنترلر ها و مزیت آنها قابلیت برنامه ریزی آنها می باشد و دارای کامپایلرهای خاصی می باشند که با زبان های Assembly basic, c می توان برای آنها برنامه نوشت سپس برنامه نوشته شده را توسط دستگاهی به نام programmer که در این دستگاه ای سی قرار می گیرد و توسط یک کابل که قابلیت اتصال به یکی از پورت های کامپیوتر را دارد برنامه نوشته شده روی آی سی انتقال پیدا می کند و در Rom (حافظه) آن ذخیره می شود این آی سی ها حکم یک کامپیوتر در ابعاد کوچک و قدرت کمتر را دارند و بیشتربرای کنترل استفاده می شود و طبق الگوریتم برنامه  آن عمل می شود این آی سی ها برای کنترل ربات ها تا استفاده در کارخانه صنعتی کاربرد دارند. برای شروع کار با یک میکروکنترلر که در رباتیک کاربردهای فراوانی از آن را خواهید دید در ابتدا لازم است یک زبان برنامه نویسی مانند C , Basic را بیاموزید

سیدخاموشی

تبيان

معرفی آپ امپ (Op-Amp)

 

تقویت کننده های عملیاتی این تقویت کننده ها از پایداری بالایی برخوردارند.، و با اتصال ترکیب مناسبی از عناصر خارجی مثل مقاومت،خازن،دیود و غیره به آنها،می توان انواع عملیات خطی و غیر خطی را انجام داد.به اختصار آپ امپ نامیده می شو ندو به صورت مدار مجتمع در دسترس قرار می گیرند.

از ویژگیهای اختصاصی تقویت کننده های عملیا تی ورودی تفاضلی و بهره بسیار زیاد انهاست

این المان الکترونیکی اختلاف میان ولتاژهای ورودی در پای های مثبت و منفی را در خروجی با تقویت بسیار بالایی آشکار می سازد.حتی اگر این اختلاف ولتاژ کوچک نیز باشد.،آن را به سطح قابل قبولی از ولتاژ‌ در خروجی تبدیل می کند.

Op-Amp همواره دارای دو پایه مثبت و منفی در ورودی است که این دو پایه ورودی مستلزم یک پایه در خروجی هستند.

پایه ورودی مثبت را در اصطلاح لاتین noninverting و پایه منفی را inverting می گویند.

اگر inverting > noninverting باشد.خروجی به سمت منفی VSS اشباع می شود.منظور از منفی VSS مقدار منفی ولتاژ تغذیه آی سی است. مثلا اگر ولتاژ ورودی 5 ولت باشد و ورودی پایه منفی دارای ولتاژی بزرگتر از ورودی پایه مثبت باشد.خروجی به سمت منفی 5 ولت به اشباع می رود. و برعکس اگر inverting < noninverting باشد.خروجی به سمت مثبت VSS اشباع می شود.مثلا اگر تغذیه آی سی 5 ولت باشد و ورودی پایه مثبت دارای ولتاژی بزرگتر از پایه منفی باشد خروجی به سمت مثبت 5 ولت به اشباع می رود بدون قرار دادن فیدبک از خروجی به ورودی، ماکزیمم اشباع در خروجی با کمترین اختلاف ولتاژ‌ در پایه های مثبت و منفی ورودی بوجود می آید.در این حالت مدار شما بسیار نویز پذیر است.

در مقاله بعدی به بررسی op-Amp  با فیدبک خواهیم پرداخت

سیدخاموشی

تبيان

حسگرهای مافوق صوت

 

یكی از مسائل مطرح در رباتیك ایجاد درك نسبت به محیط خارجی برای جلوگیری از برخورد نامطلوب به اشیاء موجود در محیط حركت است.

از سوی دیگر ممكن است نیاز داشته باشیم كه ربات بتواند دركی از فاصله ها بدون تماس فیزیكی داشته باشد. برای این منظور از سنسورهای مافوق صوت یا Ultrasonic استفاده می كنند.

فركانسهای این محدوده را می توان بین 40 كیلو هرتز تا چندین مگا هرتز در نظر گرفت.امواجی با این فركانسها  كاربردهایی چون سنجش میزان فاصله،سنجش میزان عمق یك مخزن و ....را دارند.

جهت استفاده از این امواج یك سری سنسورهای مخصوص طراحی شده كه می توان این سنسورها را به دو دسته صنعتی و غیر صنعتی تقسیم بندی كرد.سنسورهای غیر صنعتی در فركانسهایی در حدود 40 كیلو هرتز كار می كنند و در بازار با قیمتهای پایین در دسترس هستند. در این سنسورها دقت كار بالا نبوده و فقط در حد تشخیص یك فاصله یا عمق یك مایع می توان از آنها استفاده كرد.اما بلعکس در سنسورهای صنعتی كه در فركانسهای در حد مگا هرتز كار می كنند و به دلیل همین فركانس بالا ما دقت زیادی را خواهیم داشت

مكانیزم كلی كار این سنسورها ، فرستادن یك بیم و دریافت انعكاس آن و متعاقبا محاسبه زمان رفت و برگشت است. بدین ترتیب می توان فواصل را نیز براحتی با در نظر گرفتن سرعت صوت در دما و فشار محیط ، محاسبه كرد به همین دلیل این سنسور به صورت دو pack مجزای گیرنده و فرستنده موجود می باشد.

اگرچه به صورت یک پک هم یافت می شود که هر دو سنسور را در خود جای دهد

همانند تمامی دستگاه های دیگر این نوع سنسور ها دارای خطا نیز می باشند

یكی از مهمترین خطاهایی كه درآنها مشاهده می شود ، خطای بالقوه در فواصل زیاد است. همانطور كه میدانید امواج مافوق صوت را نمی توان همانند یك بیم لیزر تاباند و انعكاس آن را ثبت كرد. بعنوان مثال در فاصله حدودا 4.5 متری و با زاویه تابش 75 درجه حدود 250 میلیمتر خطا ممكن است پیش آید.

در ادامه بحث به ساختار داخلی و بررسی دقیق خطا خواهیم پرداخت

 

سیدخاموشی

تبيان

معرفی میکروکنترلر 8051

 

همانطور که در مقاله قبلی به توضیح مختصری از میکرو کنترلر ها پرداختیم سه نمونه معروف و پرکاربرد از میکرو کنترلر ها می توان به8051 و PIC و AVR اشاره نمود که در این مقاله به بررسی یکی از آنها که اولین میکرو نیز می باشد می پردازیم.

8051

اولین میکروکنترلر ساخت دست بشر است که در ابتدا توسط شرکت بزرگ intel ساخته شد. اما بعدا intel این امکان را به دیگر شرکت ها داد که این میکروکنترلر را تولید کنند و شرکت هایی مانند ATMEL , PHILIPS, SIEMENS , DALLAS و... که از بزرگ ترین شرکت های دنیا هستند به تولید این میکروکنترلر پرداختند یکی از شرکت هایی که به صورت گسترده به تولید این تراشه پرداخت ATMEL بود که مدل های مختلف میکروکنترلر را ساخت و محصلات آن در سراسر جهان و در ایران یافت می شود. اما زمانی که ما به صورت کلی سیر پیشرفت این نوع میکروکنترلر را در نظر می گیریم متوجه می شویم اولین میکروکنترلر هایی که ساخته شد با جدیدترین میکروکنترلرهای 8051 که الان تولید می شود پیشرفت زیادی ندارد به طور مثال AT89S5X که میکروکنترلر 8051 جدید ساخت ATMEL است نسبت به مدل های اولیه 8051 پیشرفت آنچنانی ندارد . امکانات این میکرو نسبت به AVR و PIC قابل مقایسه نیست . به صورتی که که همین مدل جدید 8051 تقریبا حافظه ای برابر یک صدم (0.001 ) میکروکنترلر های AVR را دارد و سرعتش 4 برابر کمتر از میکروکنترلر های PIC و 12 بار کمتر از میکروکنترلر های AVR است . از لحاظ امکانات دیگر هم چنین ضعفی احساس می شود. اما برای کارهای ساده تر که پیچیدگی زیادی در آن نباشد به خاطر قیمت بسیار پایینی که این میکروکنترلر دارد بسیار مناسب است . قیمت همین مدل جدید AT89S5X حول و حوش 1000 تومان است که قیمت بسیار مناسبی است.

این میکرو کنترلر از زبان اسمبلی و C پشتیبانی می کند که زبان برنامه نویسی اصلی آن اسمبلی است که نوشتن با این زبان برنامه نویسی نسبت به زبان های برنامه نویسی دیگر هم مشکل تر و هم طولانی تر است. در کل این میکروکنترلر امروزه دیگر توان رقابت با AVR و PIC را دارا نیست و رقابت اصلی بین این دو میکروکنترلر است.

 

سیدخاموشی 

تبيان

حرکت شناسی ربات

 

موقعیت ساختمانی ربات به دو قسمت تقسیم می شود یکی حرکت شناسی یا سینماتیک (Robot Cinematic) و دیگری دینامیک (Robot Dynamic)

منظور از حرکت ربات تحلیلی است از حرکت هندسی (Geometry) ربات نسبت به یک محور ثابت بدون در نظر گرفتن اثر نیرو که سبب حرکت ربات می شود برای حرکت شناسی ربات از دو روش استفاده می شود

• روش مثلثاتی (Trigonometric)

• روش ماتریسی (Matrix)

 

هر دوی این روش ها رابطه بین حرکت مفصل ها و بازوها را فرموله می کند

روش ماتریسی بسیار مناسب تر و متداول تر از روش مثلثاتی می باشد

روش مثلثاتی دارای یک تئوری اولیه است که لازم است ابتدا به بررسی این تئوری که به تئوری روش حرکت شناسی مثلثاتی یا Trigonometric Kinematics Theoryمشهور است پردازیم این روش به  دو بخش تقسیم می شود

• موقعیت فضایی: در این روش عنوان می گردد که موقعیت هر جسم در یک سطح را می توان به تنهایی نسبت به مکان x , y و نقطه مرجع P و جهت زاویه Q به مختصات x2 , Y2  منتقل کرد که (x , y , Q) را موقعیت جسم و تمامی موقعیت های موجود را موقعیت فضایی نامند پس به راحتی می توان موقعیت یک بازو را در یک مجموعه بازوی مکانیکی سنجید

• حرکت شناسی مستقیم : اگر مختصات داخلی بازویی را که به مرکز یا اولین محور نزدیک است به عنوان مرجع محور مختصات در نظر بگیریم و محور های مختصات بازوی 1 و 2 ر به ترتیب x1 , y1 , x2 , y2 در نظر بگیریم می توان به راحتی رابطه نقاط بیان شده را با یک ضرب ماتریسی به دست آورد

 

در مقاله بعدی به مثالی کاربردی از این روش که هم اکنون کمی گنگ به نظر می رسد و البته کمی تخصصی است خواهیم پرداخت

سیدخاموشی

تبيان