,
Руководитель
г. Энгельс, МБОУ «СОШ№9»
ЭЛЕМЕНТЫ БЕСПРОВОДНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РЕГИСТРОВ СДВИГА НА БАЗЕ ARDUINO
В современном мире технологии открывают перед людьми массу возможностей, упрощающих решение повседневных задач. Одной из самых развиваемых, востребованных и перспективных технологий является беспроводная связь. С ее помощью появляется возможность объединять различные электронные устройства в группы и обмениваться между ними информацией.
Целью нашей работы является создание электронно-управляемых устройств на основе регистров сдвига и изучение действия инфракрасных датчиков для передачи и приема сигналов под управлением Arduino.
Устройства инфракрасного (ИК) диапазона волн часто применяются в робототехнике. В отличие от радиоканала, инфракрасный канал нечувствителен к электромагнитным помехам. На приемопередатчиках можно организовывать полноценный обмен данными. Самое простое применение – использование ИК-пульта (найдется в каждом доме: пульт от телевизора, музыкального центра или сплит системы) для управления электронными устройствами.
Когда мы нажимаем кнопку пульта, микросхема передатчика активизируется и генерирует кодовую последовательность с заданным заполнением. Светодиод преобразует эти сигналы в ИК-излучение. Длина волны инфракрасного спектра в большинстве реализованных систем варьируется в пределах 800-950 нм. Самый простой способ избавиться от фонового шума и различных помех – модулировать (заполнить) сигнал при передаче одной из стандартных частот: 30ч56 кГц. Именно на эти частоты настроены все современные интегральные приемники.
Излученный сигнал принимается фотодиодом, который снова преобразует ИК-излучение в электрические импульсы (рис. 1).
Рисунок 1 – Схема передачи-приема ИК сигнала
Эти импульсы усиливаются и демодулируются микросхемой приемника. Затем они подаются на декодер, который осуществляет механизм обратный кодированию (раскодирование) – обычно осуществляемы программно с помощью микроконтроллера [1, c. 254].
Построим простую модель, включающую в себя элементы беспроводного управления, а именно включения и выключения светодиодов при помощи пульта дистанционного управления. Работа алгоритма следующая: при подачи напряжения на управляющую плату Arduino происходит загрузка начальных условий и механизма обучения. В качестве начальных условий установка соответствующих подключенным светодиодам, портов платы в режим вывода информации. Алгоритм обучения следующий: при нажатии числовой кнопки пульта происходит передача сигнала на ИК датчик, который распознает, соответствующий нажатой кнопке, шестнадцатиразрядный код. Далее этот код соотносится с тем какое количество светодиодов необходимо включить. Таким образом устанавливается соответствие между значением на входе системы (нажатая кнопка на пульте управления) и откликами системы (количество включенных лампочек). Цифрами на схеме (рис. 2) указаны: основная плата Arduino UNO (1) к портам (1-9) которой подключены светодиоды (3), ИК датчик (2), девять (ограничительных ток) резисторов (4) [2 c. 45,3].
Рисунок 2 – Модель передачи-приема ИК сигнала
Изучив принцип работы ИК датчика и построив модель управления, зачастую, мы сталкиваемся с одной очень важной проблемой: что будет если управляющих портов не хватит для подключенных цифровых устройств? В подобных случаях обращаются к использованию регистров сдвига. Это устройство, которое принимает поток последовательных битов и одновременно выводит их значения на параллельных контактах ввода-вывода. Принцип действия сдвигового регистра прост: мы посылаем в него 1 байт данных (8 бит), а он включает или выключает восемь своих выходов согласно состояниям разрядов в этом байте [4, с. 142].
В своей работе мы использовали микросхему 74HC595 для управления которой используются три входных порта подключаемых к управляющей плате Arduino, и 8 выходных портов для подключение цифровых устройств. Преимуществом подобных микросхем является их каскадирование, т. е. соединение новых регистров при том же самом количестве управляющих входов тем самым увеличивая количество выходов.
Технология создания печатной платы следующая:
Построение чертежа дорожек в программе Sprint Layout [5]; Печать чертежа на фотобумаге с помощью лазерного принтера; Перенос дорожек с помощью нагревания утюгом; Травление платы в растворе хлорида железа(III); Высверливание отверстий под электронные компоненты; Запаивание всех компонент на плату.
Рисунок 3 – Готовая печатная плата
На рис. 3 изображена готовая печатная плата, для управления сложными устройствами. Цифрами на рис. 3 указаны: выходные порты для цифровых устройств - 16 шт (1), резисторы (2), сдвиговые регистры 74HC595 - 2 шт (3), входные порты управления - 6 шт.
В заключении отметим, что хотя ИК-датчики просты в использовании, но для управления устройствами, использующими их, необходимо находиться в прямом поле видимости. Создание печатной платы позволяет избавиться от большого числа проводов и уменьшить количество управляющих портов на плате Arduino путем использования сдвиговых регистров.
Литература
1. Проекты с использованием контроллера Arduino // СПб.: БХВ-Петербург, 2014. –400с.
2. Блум Дж. Изучаем Arduino: инструменты и методы технического волшебства: Пер. с агл.// - Изд-во БХВ-Петербург, 2016. –336с.
3. http://fritzing.org/home/
4. Бокселл Дж. Изучаем Arduino. 65 проектов своими руками // СПб.: Питер, 2017. –400с.
5. http://www. abacom-online. de/uk/html/sprint-layout. html
