Actions

Byggbeskrivning introARM

From Chalmers Robotics

Revision as of 06:56, 23 October 2014 by Sterna (talk | contribs) (Rev 2.1)

Detta är bygg-guiden till Chalmers Robotförenings nybörjarrobot IntroARM. Tanken är att guiden ska läsas från början till slut. Ifall du stöter på problem är det bara att fråga. Du hittar kontaktinformation här. Tänk på att gå lugnt och metodiskt fram. Det är enklare och går snabbare att tänka en extra gång än att göra fel och och tvingas göra om. Titta gärna även igenom listan med förslag på förbättringar och hårdvarubuggar innan du börjar. Den finns här.

Guiden är upplagd som förberedelser plus ett flertal steg. Läs igenom hela steget innan du börjar löda, det blir lättare att göra rätt då. Varje steg består av:

  • Lite allmän information om steget (t.ex. vad som ska uppnås efter steget)
  • En lista över de komponenter som ingår i steget
  • Lite att tänka på (t.ex. specialprocedurer för vissa komponenter). Efter detta är tanken att du ska montera de komponenter som anges, vilket primärt innehåller lödning men också lite skruvande, pressande, klippande osv.
  • Testning, där du laddar in ett program som gör olika saker och testar de olika delarna. Det uppmuntras att man försöker komma på lite egna program att för att testa sin hårdvara i syfte att lära sig. Detta gör att man har en ände att börja i så att det inte blir alltför överväldigande att börja programmera när allt är hopmonterat. Det är också lättare att upptäcka fel ifall man testar ofta.
  • Vanliga fel, som innehåller lite vanliga fel som brukar uppkomma (typiska symptom och åtgärder)


Revisionhistorik

Denna revisionshistorik gäller kretskort och komponenter (d.v.s. endast hårdvara). En major revision (2 till 3) innebär byte av mönsterkort, medan en minor (t.ex. 2.1 innebär komponentuppgradring). Denna guide ska alltid försöka spegla den senaste revisionen. Mjukvarurevisioner hittas på mjukvarusidan.Todo: lägg in länk här

Rev 3

  • Ny layout på mönsterkortet.
  • Borttagning av switchregulatorn. Denna är ersatt med en större (DPAK), linjär 5V-regulator samt en mindre (SOT-223) 3V3-regulator.
  • Slutlig borttagning av bootkretsen.
  • Framåtsensorerna är flyttade längre bakåt, för att det ska bli enklare att montera en plog
  • Nu finns en stor jord-pad att sätta oscilloskopsklämman på
  • Mindre uppdateringar av vilka pinnar som går vart Todo: Skriv vilka

Rev 2.1

Byggbeskrivningen för Rev2.1 och tidigare finns här.

  • Borttagning av bootkretsen. Istället för att endast styra på en pinne anvädner man två pinnar för programmera. Följande instruktioner används för att skippa denna:
    • Löd inte C15, R10 och Q3
    • Istället för D1, kortslut detta med ett komponentben eller liknande (du får sådana från en IR-mottagare eller IR-led)
    • Löd ett kontaktstift (stiftlist) till plus-polen på C15 eller den R10-padden som är närmast motorerna.
    • Pinnen som kallas för boot är kopplad mot reset och den extrapinnen du lödade är kopplad mot boot0.

Rev2

  • Mindre uppdatering av kortets layout och silkscreen.
  • Tachometrarna är numera kopplade till ADC istället för timers. Endast en sensor per hjul.

Förberedelser

Rekommenderat är att du skriver ut komponentkartorna till varje steg då det är lättare att hitta var vilka komponenter skall sitta med hjälp av dem. Du det är också rekommenderat att du kontrollerar att allt finns med mot den fullständiga komponentlistan:

Komponent Artikelnr Referens Antal Finns med
Mikrokontroller 511-STM32F100C8T6B U3 1 Förmonterad
H-brygga, DRV8833 595-DRV8833PWPR U4 1 Förmonterad
IMU MPU6050 U5 1 Förmonterad
Knappar, små 688-SKHRAB SW1-SW3 3
Konding Tantal, 100uF, 10V 647-F951A107MAAAQ2 C1, C7 2
Konding 10uF, 25V 963-TMK316BJ106KLHT C2-C5,C13,C19-C20,C27-C30,C37-C38,C40 11
Konding 100nF, 50V 77-VJ1206Y104KXXPBC C3, C6,C8-C12, C14, C18, C21-C26, C31-C36 21
Lastkapacitans Kristall 18pF 77-VJ1206A180JXXPBC C16-C17 2
10k resistor 660-RK73B2BTTD103J R6, R11, R13, R15, R17, R19, R20 7
3k3 resistor 660-RK73B2BTTDD332J R9, R21, R27, R33-R37 8
100R resistor 660-RK73B2BTTD101J R1-R5, R7, R8, R10, R12, R14, R16, R18, R22-R26, R28-R32 22
IR-LED 78-TSUS5400 LED8-LED11 4
IR-mottagare 782-TSOP4138 IRMOT1-IRMOT5 5
Mostfet (P-kanal) 771-PMV65XP-T/R Q1, Q2, Q4, Q5 4
LED Grön 720-LGN971-KN-1 LED1-LED2,LED4,LED6 4
LED Röd 720-LYN971-HL-1 LED3,LED5,LED7 3
Reflexdetektor 638-ITR8307TR8 REF1-REF4 4
Kristall 8 MHz 815-ABL-8-B2 X1 1
3V3-regulator (1117-33) 863-NCP1117ST33T3G U2 1
5V-regulator (LD2908) 511-LD29080DT50R U1 1
Buzzer 254-PB1440-ROX SP1 1
SD-socket 688-SCHD3A0100 U6 1
Stiftlister Pin headers P1, P3-P10 1
Stiftlister Vinklade Pin headers P2 1
Krympslang 8 mm 4
PCB By CRF 1

Hårdvara som inte ska lödas på kortet

Komponent Artikelnr Referens Antal Finns med
Micro metal gear, 100:1 HP 1101 2
Motorbrackets, par 1089 1
Hjul, par 1090 1
CP2102/CP2104 CP2102 1
Lipo, 2s 9210000005 1

Bilder på komponenter

Todo: Uppdatera med bilder på nya komponenter och ta bort gamla som inte ska finnas med.

Alla komponenter.jpeg
Bild över alla komponenter som ingår. Tyvärr syns inte vilka motstånd eller kondingar som är vilka.

Utrustning

För att bygga ihop din IntroARM krävs en del utrustning. All utrustning finns i föreningens lokal, så det är rekommenderat att du sitter där och arbetar ifall du har möjlighet.

Nödvändig utrustning

Denna utrustning är i princip helt nödvändig för att du ska kunna bygga ihop IntroARM (är du väldigt duktig kan du klara dig utan en del av dessa saker)

  • Dator med en ledig usb-port samt programvara för att programmera STM32
  • Lödstation
  • Lödtenn (Använd blyat lödtenn, då blyfritt är hälsofarligt)
  • Pincett
  • Avbitartång
  • Liten kryssmejsel

Bra-och-ha-utrustning

Denna utrustning är inte nödvändig att ha, men underlättar en del i ditt byggande.

  • Flussmedel förenklar lödningen, men inte helt nödvändigt. Det är mer viktigt att ha ifall man är nybörjare.
  • Värmepistol, Varmluftsstation eller Cigarettändare (för krympslangen)
  • Någonting att hålla fast kretskortet med under lödningen
  • Multimeter rekommenderas till felsökning
  • Ett spänningsaggregat med strömbegränsning

LiPo-batteriet

Detta borde vara en egen artikel. Den ligger här tills vidare.
Till din IntroARM har du fått ett s.k. LiPo-batteri (Lithium-Polymer). Dessa batterier är vida använda av hobbyister för sin prestanda, men medför vissa risker:

  • Lipot har väldigt hög energitäthet. Detta innebär att, trots sin låga vikt innehåller mycket energi. Lipot kan också släppa ifrån sig denna energi mycket snabbt.
  • Lipot är ömtåligt, så var försiktig när du hanterar det (du behöver inte vara överdrivet försiktig). Stick aldrig vassa saker i lipot, undvik att tappa det och elda inte på det. Om det blir varmt, koppla ur det och låt det svalna.
  • Spänningen får inte bli för låg. Detta lipo har två celler i serie. Varje cell har en maxspänning på 4.2V och en "nominell" spänning på 3.7V. Detta medför att total spänningen över lipot är 8.4V som max och 7.4V nominellt. Exakt vilken cellspänning som är dålig för lipot är lite oklart, men se till att spänningen aldrig understiger 3.0V per cell (för 2 i serie blir det som väntat 6.0V).
  • Används endast en lipoladdare. Lipo-batterier måste laddas på ett speciellt sätt, annars kan dom ta skada (ofta i form av försämrad kapacitet, men kan det kan även gå värre). Använd endast en laddare avsedd för lipon, och ladda inte med för mycket ström. Alla lipos går att ladda med en upp till ström motsvarande 1C. 1C motsvarar lipots kapacitet i ström, d.v.s. om ett lipo har kapaciteten 1000mAh, så är 1C=1000mA=1A. På samma sätt är 2C=2A för detta lipo.
  • Lipot säger inte nej. Ifall lipot kopplas in på någonting som vill ha väldigt mycket ström (t.ex. om det är en korslutning) kommer lipot inte begränsa strömmen. Detta kan medföra att nånting går sönder (typiskt börjar ryka). Lipot kan dock inte ge hur mycket ström som helst. Vanligen står det en kontinuerlig maxurladdning och en kortvarig (burst) maxurladdning uttryckt i C på batteriet. Typiska värden är 15C kont och 25C burst (man skriver ofta 15-25C) för lågspec-lipos. Bra lipos kan ha rating upp till 70-130C. Burst brukar man säga är "några sekunder".

Komma igång med programmeringen

Detta ska du göra först efter att du börjat löda ihop den, men du kan sätta igång det medan du börjar. Gå till artikeln Förberedelse programmering STM32 för en guide. Det finns även en snabbguide i den artikeln för dig som vill komma igång snabbt. Där finns även exempelkod för IntroARM.

Del 1 - Spänningsmatning och Microcontroller

Del 1 är framförallt mikrokontrollerns kringkomponenter, kraftförsörjning (5V och 3V3) och grundläggande funktioner som indikatorleds och användarknappar. Efter detta steg kan din robot blinka lite och ta in användarinputs (från knapparna). Den kan även kommunicera med datorn med UART.

Ingående komponenter del 1

Komponent Antal Referens
Mikrokontroller 1 (färdigmonterad) U3
Konding 10uF, 25V 5 C2, C4, C5, C13, C14
Konding 100nF, 50V 9 C3, C6, C8-C12, C14, C21
Konding Tantal, 100uF, 10V 2 C1, C7
Lastkapacitans Kristall 18pF 2 C16, C17
10k resistor 2 R6, R20
3k3 resistor 2 R9, R21
100R resistor 7 R1, R2, R3, R4, R5, R7, R8
Mosfet (P-kanal) 3 Q1, Q2, Q3
LED Grön 4 LED1, LED3, LED5, LED7
LED Röd 3 LED2, LED4, LED6
Kristall 8 MHz 1 X1
Stiftlist (1x2) 1 P1
Stiftlist vinklad (1x5) 1 P2
Knappar, små 3 SW1, SW2, SW3

Komponentplacering

Här visas vart komponenterna i del 1 sitter på kortet (de rödmarkerade). De gråa komponenterna ska vara monterade innan detta steg. Separat bild för undersidan och ovansidan. För de blå komponenterna, läs "Att tänka på" för detta segment.
ComponentMapP1.png

Att tänka på

  • LED1 - LED7 är lysdioder och har därmed polaritet, dvs att det spelar roll åt vilket håll de sitter åt. På LEDsen så finns det på ena kortänden lite grönt på ovansidan som markerar katoden (minus). På undersidan av leden så varierar det hur det är markerat, men generellt så är det en grön pil mot katoden eller ett streck som pekar mot katoden. Katoden är markerat med ett dubbelsträck på komponentavtrycket på kretskortet.
  • C1 och C7 är tantalkapacitatorer och även dessa har polaritet. Komponenterna skall monteras med den lilla toppen mot plus.
  • Lipo-batteriet har ingen strömbegränsning. Ifall det finns en kortslutning på kortet finns det risk att någonting går sönder. Var därför försiktig när du kopplar in det.

Hålmonterade:

  • Stiftlister
  • Knappar
  • Kristall

Testning

När alla komponenter ovan är monterade är det dags att testa. Rekommenderat är följande procedur:

  • Ifall du har en multimeter, använd den och mät resistansen mellan V+ och GND, samt mellan VCC och GND. Där bör det inte vara någon nämnvärd kontakt (flertalet kohm).
  • Koppla in batteriet på Vin (precis bredvid buzzern). Tänk på att koppla åt rätt håll. Svart mot GND och röd mot Vin. Nu ska LED1 (power) börja lysa. Ifall den inte gör det, koppla snabbt ur

Du kan testa några program som gör följande:

  • Tänder LEDs
  • Tänder/släcker LEDs baserat på tid (delay)
  • Tänder slöcker LEDs baserat på knappar
  • Visar batteriets laddning (ADC)

Del 2 - Motorer

I detta steg kommer roboten att börja röra på sig. Motordrivaren översätter microcontrollers svaga signaler till starka signaler som orkar driva motorerna framåt och bakåt. Vidare finns det även tachometrar (REF1 och 2) som kan användas för att mäta motorernas (hjulens) hastigheter.

Komponentlista del 2

Komponent Antal Referens
H-brygga, DRV8833 1 (färdigmonterad) U3
10k resistor 2 R15, R13
100R resistor 2 R12, R14
Reflexdetektor 2 REF1, REF2
Konding 10uF, 25V 2 C19, C20
Konding 100nF, 50V 1 C18
Micro metal gear, 100:1 HP 2
Motorbrackets, par 1
Hjul, par 1
Stiftlist (1x2) 2 P3, P4

Komponentplacering

Här visas vart komponenterna i del 1 sitter på kortet (de rödmarkerade). De gråa komponenterna ska vara monterade innan detta steg. Separat bild för undersidan och ovansidan.
ComponentMapP2.png

Att tänka på

  • Montera de små komponenterna först och vänta med motorerna och motorfästena till sist.
  • För att sätta fast motorerna elektriskt, böj ut stiftlisterna P3 och P4 till motorkontakterna och löd fast dem.
  • Hjulet kan vara lite trögt att få på, men det går med milt våld. Det kommer att vara trögare att få av.

Testning

VIKTIGT! Roboten kommer att springa iväg ifall du inte förbereder för detta. Två saker bör man alltid ha med när man testar robotar som kan röra på sig:

  • I koden ska du inte låta motorer köra förrän du har givit startkommando (t.ex. via en knapp). Din kod bör se ut liknande som följer:
init_stuff(); //Do normal init routines
while(!SW1){} //Wait for input switch 1 to be true
run_motors(); //Start your engines!
  • Palla upp roboten så att den är fysiskt förhindrar att åka iväg (t.ex. på en tejprulle, liten mugg eller liknande)

Todo: Ladda in program som kör motorerna. Tryck lite på knapparna för att köra motorerna i olika hastighet, framåt och bakåt. Beroende på hur du monterat motorerna kan dom gå åt "fel" håll. I filen motors.h finns parametrar som heter MC_RIGHT_DIR och MC_LEFT_DIR. Dessa ställer in motorernas riktning. Dessa ställer motorernas neutralriktning och ska vara -1.0 eller 1.0. Ifall någon motor går åt fel håll, byt denna parameter för motorn.

Del 3 - Sensorer

Här kan roboten börja ta intryck av omgivningen. Det finns ett par olika sensorer:

  • 4 st Hinderdetektorer - Består av IR-mottagare för fjärrkontroller samt lysdioder som pulsas enligt ett visst mönster. När ljuset studsar på ett hinder får mottagaren signal.
  • 2 st Reflexdetektorer - Känner av underlagets reflektivitet. Kan används för att hitta bordskanter eller en vit linje runt en sumoplan. Skickar ut ljus och mäter hur mycket som kommer tillbaka.
  • 1 st IMU (Inertial Measurement Unit) - En krets som innehåller en 3-axlig accelerometer och ett 3-axligt gyro. Kan användas om man vill balansera roboten.
  • 1st Fjärrkontrollsmottagare - Denna är likadan som hinderdektetorerna men riktad bakåt. Används för att ta emot kommandon från fjärrkontroller som använder RC5 (vanligt protokoll för TV-fjärrkontroller) t.ex. start/stopp och hastighetsinställningar.

Komponentlista del 3

Komponent Antal Referens
IMU 1 (förmonterad) U4
10k resistor 2 R17, R19
3k3 resistor 1 R27
100R resistor 10 R16, R18, R22-R26, R28-R32
Konding 10uF, 25V 4 C27-C30
Konding 100nF, 50V 9 C22-C26, C31-C34
IR-mottagare 5 IRMOT1, IRMOT2, IRMOT3, IRMOT4, IRMOT5
IR-LED 4 LED8, LED9, LED10, LED11
Reflexdetektor 2 REF3, REF4
Mosfet (P-kanal) 1 Q4
Krympslang X mm 4

Komponentplacering

Här visas vart komponenterna i del 3 sitter på kortet (de rödmarkerade). De gråa komponenterna ska vara monterade innan detta steg. Separat bild för undersidan och ovansidan.
ComponentMapP3.png

Att tänka på

  • Tänk på att inte löda IR-mottagarna och lysdioderna hela vägen ner. Spara en del av benen så att de kan böjas tillrätta. Detta beror såklart på hur du tänkte bygga chassit till din robot (det är inte nödvändigtvis fel att löda de ända ner på kortet så länge lysdioderna kan böjas framåt).
  • IR-ledsen är polkänsliga. Det långa benet är plus (anod). Ifall någon har skojat och klippt av benen kan man titta i LEDen. Det ena benet går till en stor platta. Denna stora plattan är minus (katod).
  • Ir-mottagarna och lsydioderna behöver mycket skärmning. Använd krympslangen eller svart eltejp till detta. Här får man pröva sig fram lite (se Att skärma).
  • Reflexdetektorerna ska lödas från ovansidan tittandes nedåt i kortet. Matcha upp det avfasade hörnet med markeringen på kortet. Benen kan behöva böjas till lite. Se till att de når ända ut till paddarna.

Testning

  • Ett program som läser av framåtsensorerna och rapporterar på LEDs.
  • Ett program som skriver ut kantsensorererna på uarten samt tänder en LED vid en viss nivå.

Att skärma av framåtsensorerna

Dessa sensorer är inte de allra bästa (tanken var aldrig att dessa komponenter skulle vara sensorer). Det krävs mycket skärmning på dem för att det ska bli bra. Både sändarna (IR-LEDsen) och mottgarna (IRMOT) behöver skärmas. Följande procedur är rekommenderad:

IR-LEDs

  • Böj de lite så att LEDsen pekar framåt
  • Ta den mindre av krympslangen "SÄTT IN STORLEK HÄR" klipp en liten reva i den
  • Trä den över LEDsen så att revan du klippte går över benen.
  • Krymp krympslangen (helst med varmuluft) på inte alltför hög temperetaur (100-150C)
  • Ta en pincett och vik ihop den på baksidan av lysdioden (de läcker mycket ljus bakåt).
  • Vid behov, tejpa på baksidan lysdioden, gärna svart eltejp.

IR-mottagarna

  • Ta den större krympslangen och klipp en reva i den (lite större än för LEDsen)
  • Trä den över mottagaren med revan nedåt, över benen. Låt det vara kvar en del framför mottagaren.
  • Krymp krympslangen (helst med varmuluft) på inte alltför hög temperetaur (100-150C)

Trimma

  • Kör testprogrammet som visar sensorernas status på LEDsen.
  • Lägg roboten på en ganska öppen yta (gärna en sumoplan inklusive säkerhetsmarginal)
  • Ställ någon liten låda framför roboten och se vad den ser
  • Ifall den ser för dåligt, klipp av små bitar av krympslangen. Klipp först på mottagarna och i andra hand på LEDsen.

Del 4 - Extrafunktioner

Dessa funktioner är inte nödvändiga för att din IntroARM ska kunna fungera som en robot, utan mer lite roliga extrafunktioner. Detta består av 2 funktioner:

  • Buzzer - Roboten låter! Rolig funktion med vilken roboten kan göra olika ljud och enklare spela musik. Kan vara bra som interface till roboten.
  • SD-sockel - En kontakt att montera SD-kort i (SD-kort medföljer ej) på vilket man kan spara t.ex. loggar eller musik med hjälp av Fat-FS.

Komponentlista del 4

Komponent Antal Referens
Buzzer 1 SP1
Mosfet (P-kanal) 1 Q5
Motstånd 3k3 1 R33
Konding 100nF, 50V 2 C35, C36
SD-sockel 1 U5

Här visas vart komponenterna i del 4 sitter på kortet (de rödmarkerade). De gråa komponenterna ska vara monterade innan detta steg. Separat bild för undersidan och ovansidan.
ComponentMapP4.png

Att tänka på

  • SD-sockeln kan vara lite lurig att löda. Den löds enklast genom sockeln med viss försiktighet.

Testning

Program för pipande. Kanske nåt enkelt program för att läsa en fil eller nåt (spara en logg). Kanske t.o.m. spela upp en ljudfil (wav) från SD-kortet.

Del 5 - Extra interface

Kontakter för de extra interface som finns utdraget på IntroARM (t.ex. extra UART, SPI, I2C, DAC, ADC) VIKTIGT! Montera enbart dessa stiftlister vid behov, de kan vara ivägen för batteriet. Vid normalt användande behövs de ej. Motstånden pullup för I2C.

Komponentlista del 5

Komponent Antal Referens
Motstånd 3k3 2 R34-R37
Stiftlist (1x2) 2 P5, P6
Stiftlist (1x4) 1 P7
Stiftlist (1x5) 2 P8, P9
Stiftlist (1x8) 1 P10

Kopplingsschema

File:IntroARM2012v2.pdf