Франчайзинг детского клуба по робототехнике - "РОБОТРЕК".
+7 (921) 330 25 68

РОБОТРЕК

Вам выгодно сотрудничать с нами сразу по нескольким причинам...

РОБОТРЕК

Стоимость нашей франшизы всего…

РОБОТРЕК

Мы работаем при поддержке Гос. программы (АСИ), потому что наш проект…

РОБОТРЕК

Вливаясь в ряды наших партнёров вы получаете…

РОБОТРЕК

Инвестиции в бизнес окупаются за 4-5 месяцев, за счёт гениального…

Новости

20.05.2016

25.04.2016

Мастерклассы в Перьми

15.04.2016

ММСО 2016

Описание контроллера Трекдуино

ХАРАКТЕРИСТИКА

КОНТРОЛЛЕРА ТРЕКДУИНО  

 

Многофункциональный контроллер широкого спектра применения, предназначен для подключения и управления внешним оборудованием. В качестве внешнего оборудования, в частности, могут выступать различные датчики, платы и модули расширения, электромоторы и т.д. Контроллер может использоваться для построения на его базе роботизированных систем, а также в образовательных целях, в качестве материнской платы в электронных конструкторах.

К аналогам предлагаемого устройства относятся контроллеры для создания роботизированных систем, а также систем «умного дома».

Известен контроллер ArduinoMega (Радио-точка [сайт]. URL: http://9v.ru/shop/arduino/kontrollers/kontroller-arduino-mega-2560-bez-kabelja/), построенный на микроконтроллере ATmega2560. Плата имеет 54 цифровых входа/выхода (14 из которых могут использоваться как выходы ШИМ), 16 аналоговых входов, 4 последовательных порта UART, кварцевый генератор 16 МГц, USB коннектор, разъем питания, разъем ICSP и кнопку перезагрузки. Для работы необходимо подключить платформу к компьютеру посредством кабеля USB или подать питание при помощи адаптера AC/DC или аккумуляторной батареи.

Известен контроллер-конструктор Atmel ATmega16, предназначенный для макетирования устройств, проектируемых на базе 8-разрядных микроконтроллеров серии AVR фирмы Atmel (Рынок Микроэлектроники [сайт]. URL: http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/app/Atmel/micros/avr/mega16.htm). Конструктор позволяет быстро и с небольшими затратами собрать несложный контроллер с аналоговыми/цифровыми входами/выходами и возможностью связи с внешними устройствами по интерфейсу RS-232.

Известен микроконтроллер Freeduino Mega 2560 (ЧИП и ДИП [сайт]. URL: http://www.chipdip.ru/product/freeduino-mega-2560/), который является аналогом Arduino Mega 2560 (а также Seeeduino Mega), но имеет ряд достоинств, а именно:

- уменьшены габариты платы (вместе с разъемом не превышают габариты Arduino Uno);

- добавлено 16 дополнительных цифровых входов/выходов (используются все выводы микросхемы Atmega2560).

Семейство микроконтроллеров Freeduino представлено несколькими вариантами плат, имеющих в общем идентичный функционал, и полностью совместимых с аналогичными вариантами Arduino.

Известен также контроллер Romeo V2-All in one Controller от DFRobot (DFRobot. Drive the future [сайт]. URL: http://www.dfrobot.com/wiki/index.php/Romeo_V2-All_in_one_Controller_(R3)_(SKU:DFR0225).

Недостатками аналогов являются:

- недостаточное количество портов;

- недостаточно прочный разъем для подключения USB;

- отсутствие встроенного беспроводного модуля;

- отсутствие полной совместимости с электроникой из робототехнического набора “HUNA-MRT-РОБОТРЕК”;

- невозможность одновременного подключения 4-х независимых двигателей или 2-х шаговых двигателей;

- отсутствие возможности перепрограммирования без использования проводов.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому является контроллер «Стрела» (Амперка [сайт]. URL: http://wiki.amperka.ru/продукты:strela), выбранный в качестве прототипа.

Недостатки прототипа:

- невозможность соединения с контроллером по беспроводному соединению,

- недостаточное количество интерфейсов для подключения внешних устройств,

- нет защиты от неправильного подключения разъемов,

- недостаточное количество портов ввода-вывода,

- отсутствие полной совместимости с электроникой из робототехнического набора “HUNA-MRT-РОБОТРЕК”,

- отсутствие возможности перепрограммирования без использования проводов.

 Контроллер ТРЕКДУИНО, состоящий из основного микроконтроллера и подключенных к нему портов ввода-вывода общего назначения (GPIO), интерфейсной шины IIC (I2C), последовательного синхронного интерфейса передачи данных в режиме полного дуплекса (SPI), универсального асинхронного приёмопередатчика (UART), драйверов двигателя, универсальной последовательной шины (USB), тактовых программируемых кнопок и стабилизатора напряжения на 5В и 3.3В, дополнен соединенным с основным микроконтроллером встроенным модулем Bluetooth для беспроводной связи с внешними устройствами. Также  введён в микроконтроллер  разъем для подключения плат расширения Arduino, держатель карт памяти типа microSD для возможности увеличения объема памяти устройства, а также трехцветный (RGB) светодиод.

Дополнительными отличиями предлагаемого микроконтроллера являются:

-      в качестве основного микроконтроллера используется микроконтроллер ATmega2560,

-      в качестве драйверов двигателей используются два четырехканальных драйвера двигателей постоянного тока DRV8881, отличающихся от обычных полумостовых драйверов лучшими эксплуатационными характеристиками, экономичностью и защищенностью, что обеспечивает возможность одновременного подключения 4-х независимых двигателей или 2-х шаговых двигателей;

-      в качестве встроенного стабилизатора напряжения используется понижающий преобразователь напряжения  с широким диапазоном входного напряжения, например, MP2307

 

Контроллер имеет встроенный USB-UART конвертор на базе микросхемы FT232, позволяющий перепрограммировать основной контроллер через USB-кабель, а также встроенный Bluetooth-модуль, который позволяет перепрограммировать контроллер без использования проводов по беспроводному соединению. Встроенный RGB светодиод, кнопка питания и 5 тактовых кнопок позволяют легко контролировать и управлять контроллером. Кроме того, имеет интерфейс стандарта Arduino Uno R3 для подключения плат расширения Arduino, что позволяет значительно расширить функционал контроллера, а также устройств и роботизированных систем, которые могут быть построены на его базе. Также предлагаемый многофункциональный контроллер содержит держатель карт памяти типа microSD, который обеспечивает возможность увеличения объема памяти устройства и расширяет, таким образом, функциональные возможности многофункционального контроллера.

Пример структурной схемы контроллера широкого применения приведен на  рис.1:

 

 

рис. 1. Структурная схема универсального контроллера

 

Условные обозначения на схеме:

- черные линии – шины обмена данными

- красные линии – стабилизированное питание 5В

- зеленые линии – стабилизированное питание 3,3В

-фиолетовые линии – стабилизированное питание 5В или 3,3В в зависимости от состояния селекторов;

- синие линии – нестабилизированное питание 6-18В

 

Система обмена данными:

1 – основной микроконтроллер;

2 – разъем для подключения плат расширения Arduino;

3 – светодиод цифрового порта №13;

4 – держатель карт памяти типа microSD;

5 – драйверы двигателей;

7 - порты ввода-вывода общего назначения (GPIO) «IN1» - «IN4»;

6 - порты ввода-вывода общего назначения (GPIO) «IN5» - «IN8»;

8 - порты ввода-вывода общего назначения (GPIO) «OUT1» - «OUT4»;

9 - порты ввода-вывода общего назначения (GPIO) «OUT5» - «OUT8»;

10 – интерфейсная шина IIC (I2C);

11– последовательный синхронный интерфейс передачи данных в режиме полного дуплекса (SPI), объединенный с интерфейсом ICSP для перепепрограммирования основного микроконтроллера программаторами  ISP;

12, 13– независимые  универсальные асинхронные приёмопередатчики («UART1» и «UART2»);

14 – тактовые программируемые кнопки (5 шт.);

15 – универсальная последовательная шина (USB) ;

16 – микросхема FT232, работающая в режиме USB-UART конвертора

17 – светодиоды состояния линий универсального асинхронного приемопередатчика(UART) ;

18 – мультиплексор линий TX/RX

19 – универсальные асинхронный приёмопередатчик (UART1);

20 – модуль Bluetooth;

21 – светодиод состояния работы модуля Bluetooth;

22 – светодиод индикации питания;

23 – трехцветный (RGB) светодиод;

 

Система питания:

24 – понижающий стабилизатор постоянного входного  напряжения с 6-18В до 5В;

25 – кнопка включения/выключения питания

26 – система автоматического переключения питания между внешним питанием и USB;

27 – понижающий стабилизатор питания с 5В до 3,3В

28 – селектор напряжения для портов «IN1» - «IN4»;

29 – селектор напряжения для портов «OUT1» - «OUT4»;

 

 

Основной микроконтроллер 1 является ядром многофункционального контроллера и обеспечивает информационный обмен между внешними устройствами и другими компонентами многофункционального контроллера.  Питание многофункционального контроллера осуществляется либо от питания USB, либо от внешнего через встроенный понижающий стабилизатор на 5 В. Выбор источника питания осуществляется автоматически системой переключения питания 26. Стабилизированное питание 5В понижается до 3,3В с помощью стабилизатора 27. Селекторы 28 и 29 служат для выбора необходимого напряжения на части портов ввода-вывода общего назначения (6 и 8)  Группы портов ввода – вывода общего назначения 6,7, 8, 9, интерфейсная шина 10  I2C, последовательный синхронный интерфейс 11 передачи данных в режиме полного дуплекса  и два независимых универсальный асинхронных приёмопередатчика 12 и 13 используются для подключения внешних устройств, таких как различные электронные модули, сенсоры и исполнительные устройства. К каждой группе  портов ввода-вывода и другим внешним интерфейсам подведено питание. Каждая группа портов ввода-вывода (ввод и вывод) поделена пополам (на группы 6 и 7, 8 и 9), при этом селектор напряжения 3.3В/5В установлен только на одной из частей портов как ввода, так и вывода, что обеспечивает возможность одновременно подключать к портам ввода – вывода общего назначения внешние устройства, работающие от разного напряжения. Выходы  драйверов двигателей 5 предназначены для подключения к многофункциональному контроллеру до четырех двигателей постоянного тока или до двух шаговых двигателей. Питание драйверов двигателей происходит напрямую от внешнего питания, возможность их питания от USB исключена. Разъем 2 для подключения плат расширения Arduino  предназначен для подключения внешних модулей, совместимых с серией контроллеров Arduino. При этом разъем 2 для подключения плат расширения Arduino  независим от портов ввода-вывода общего назначения 6, 7, 8, 9 ,интерфейсов 7 (I2C) и 12 и 13 (UART) и может использоваться одновременно с ними. Модуль 20 Bluetooth  и универсальная последовательная шина 15 (USB)  предназначены для подключения к многофункциональному контроллеру персональных компьютеров, смартфонов и других устройств, работающих под управлением различных операционных систем (например, Windows, Android, Linux и т.д.). Универсальная последовательная шина 15 (USB)  взаимодействует с основным микроконтроллером через другой микроконтроллер 16, работающий в режиме USB-UART конвертера (например, на базе микросхемы FT232). Через модуль 20 Bluetooth  и универсальную последовательную шину 11 (USB) посредством интерфейса 19 UART может осуществляться перепрограммирование основного микроконтроллера. Несмотря на то, что шина USB и модуль Bluetooth обмениваются с основным микроконтроллером через один интерфейс UART, благодаря логическому мультиплексору 18  конфликтов не возникает даже при одновременной работе обоих модулей.

Порты  6-9  ввода – вывода общего назначения  суммарно включают:

  • 8 стандартных 3-проводных разъемов стандарта Pitch 2,54 мм, подключенных к 10-битному АЦП.
  • 8 стандартных 3-проводных  разъемов вывода стандарта Pitch 2,54 мм для подключения исполнительных устройств. (В их числе 5 с возможностью создания аппаратного ШИМ-сигнала)

Драйверы  двигателей, позволяющие в общем счете подключать до 4 независимых двигателей постоянного тока или 2 шаговых  функционируют при рабочем напряжении от 6 до 23 Вольт с нагрузкой до 1400 мА на каждый канал. Система стабилизации и защита от перепадов напряжения защищают микроконтроллер от перезагрузки.

Сводный список основных характеристик контроллера ТРЕКДУИНО приведен в таблице 1.

 

Таблица 1.

Основной микроконтроллер

ATmega2560

Рабочее напряжение

Входное напряжение (рекомендуемое)

7-12В

Минимальное входное напряжение

Максимальное входное напряжение

не менее 18В

Цифровые Входы/Выходы

 

22  (11 из которых могут работать также как выходы с аппаратным ШИМ 8 бит)

Аналоговые входы, подключенные к 10-битному АЦП

14

Постоянный ток через один сигнальный канал ввода/вывода   

40 мA

Суммарный постоянный ток для питания 3.3 В

не менее 700 мА

Суммарный постоянный ток для питания 5 В

не менее 1,5А

Флеш-память

256 KB  (из которых 8 КB используются для загрузчика), возможность установки дополнительной памяти через слот MicroSD

ОЗУ

8 KB

Энергонезависимая память

4 KB

Тактовая частота

16 MHz

Напряжение двигателей (один канал)

6-23В

Максимальный ток двигателей (один канал, кратковременно)

1200 мА

Номинальный ток двигателей (один канал)

600 мА

Количество независимых портов двигателей

4

Связь с компьютером

USB тип B

Различные интерфейсы

 

Bluetooth-соединение

2x UART, 2x I2C, 1хSPI

Индикация

 

RGB, Светодиоды RX и TX линий, светодиод порта D13, светодиод индикации питания

Управление

Кнопка питания и 5 тактовых

 

Контроллер Трекдуино выполняется на одной печатной плате, размещенной в корпусе. На корпусе размещены разъемы и светодиоды. При этом конструкция корпуса выполнена таким образом, что не позволяет подключать в разъемы ввода и вывода внешние устройства из наборов «HUNA-MRT-РОБОТРЕК» неправильно.

 

 

Oфициальные конструкторы для участия
в соревнованиях по робототехнике
Международной Ассоциации
детской робототехники (Южная Корея)