Inde

1234

Docu

Vers

Auto

Revi

HDe

ex

1. Introdu2. Caracte3. Diagra4. Glossa

ument: Ha

sió: 0.0

or: FEC

isat:

Hardescrip

ucció......erístiquesmes de bri...........

ardwareV00

dwapció t

.............s tècniqublocs....................

0

are tècni

.............es....................................

bàca

....................................................

àsic

....................................................

c

............ ........... ............ ............

2 4 9 19

Pàgina 2

1. Introducció El robot LSMaker és una plataforma programable i ampliable que es compon de dos elements clarament diferenciats: la plataforma mòbil i el comandament a distància. A la figura podem veure aquests dos components.

La plataforma mòbil consta d’un microprocessador de 16 bits, que governa dos motors tractors independents, un per cada eruga; imprimeix dades pel display LCD; obté informació de l’acceleròmetre; es pot comunicar amb un ordinador personal mitjançant el

port USB i estableix un diàleg permanent amb el comandament a distància gracies al seu enllaç de radio freqüència a 2.4GHz. La plataforma està dissenyada per tal que es puguin afegir tota mena de dispositius gràcies els connectors d’expansió disposats ens les cantonades i en el centre de la placa, en base a un disseny molt orientat a disminuir els efectes de curtcircuits i polaritzacions incorrectes en aquests connectors.

El comandament a distància pot operar amb dues piles AAA de 1.5V o bé treballar alimentat pel cable USB. En tots dos casos, el software per defecte que porta incorporat el control remot permet governar el robot com si d’un joystick es tractés, sempre i quan l’usuari mantingui premut el polsador que hi ha en un extrem de la placa. Quan el comandament a distància opera connectat al PC via USB, a més de seguir funcionant en mode joystick, el comandament redirigeix les instruccions que es programen en el PC amb el compilador DevCPP cap a la plataforma mòbil.

Atès que aquest comandament incorpora un acceleròmetre, sempre es pot usar com a element d’interacció amb el PC, sigui sol o combinat amb altres, per a obtenir efectes molt interessants. Això si, cal modificar el software que porta per defecte. A tal efecte, es recomana llegir la documentació “LSMaker, Software, Descripció tècnica” per conèixer com es poden modificar les prestacions del comandament a distància.

En aquest document no explicarem res més respecte el software, ho deixem per a l document que hem citat en el paràgraf anterior. Si que cal remarcar que el software que hi ha instal·lat per defecte es pot modificar sense cap problema, ja que La Salle ofereix lliurement els fonts de la API sempre que sigui per a finalitats educatives. En endavant, entendrem per API el conjunt de rutines que el programador pot emprar per accedir al hardware del robot, així com les funcionalitats de control remot que treballen en segon pla. L’esmentada API ve carregada en la plataforma mòbil i en el control remot i, repetim, es pot modificar ad libitum.

Pàgina 3

Aquest document comença amb una relació de les característiques tècniques més rellevants del robot seguit per una descripció dels blocs que el componen. Aquesta descripció està orientada als lectors amb coneixements superficials d’electrònica i té una orientació descriptiva i funcional i més que suficient per a entendre les capacitats del robot, poder-lo programar i dissenyar plaques d’expansió.

El document “LSMaker, Hardware avançat, descripció del disseny” es una rèplica del present document però amb més profunditat, on es comenten aspectes del disseny i es justifiquen càlculs i decisions; cal avisar que requereix coneixements d’electrònica de segon i tercer curs.

Així mateix, el document “LSMaker, Verificació, Anàlisi modal de fallades i efectes”, descriu el procés de verificació que es du a terme per cada robot i s’estudia quines anomalies no queden detectades i quines repercusions poden tenir a l’usuari final.

Pàgina 4

2. Característiques tècniques.

2.1 Placa base.

Els elements més rellevants de la placa base són: el microprocessador, l’acceleròmetre, el transceptor de radiofreqüència , els drivers dels motors, el subsistema d’alimentació, l’eeprom amb adreça MAC, la interfície USB i el display LCD, als que cal afegir el sistema de tracció basat en dos motors amb eruges. Els manuals tècnics d’aquests components els trobareu en el subdirectori “DSInteressants” a la carpeta “Documentacio” del pendrive que se subministra amb l’LSMaker.

Codi de producte: LS-H-000

Esquemàtics: EsquemesPlacaBase.pdf a la carpeta “Documentació”

2.1.1 Microprocessador

• Model: PIC24FJ64GA006 encapsulat de 64 pins, muntatge superficial. • Fabricant: Microchip • Joc d’instruccions: 76 instruccions base, optimitzades per al llenguatge C. • Oscil·lador: Intern, 8 MHz amb opció a 32 MHz. Fixat a 8 MHz per la API. • Reset per posada en alimentació intern i activat per l’API (POR) • Reset per caiguda breu d’alimentació intern activat per l’API (Brown-out reset) • WatchDog reset: Independent, desactivat per l’API • Alimentació: des de 2 V fins a 3.6 V. La placa treballa a 3.3V. • Memòria de programa (Flash): 22K instruccions (l’API en consumeix 10 K) • Memòria de variables (RAM): 8192 bytes. L’API en consumeix 1700 bytes, • Temporitzadors: 5 de 16 bits. L’API en consumeix un. • Generadors de PWM per a motors: 5, dos dedicats al control dels motors, un

per a controlar la il·luminació dels leds i dos disponibles en els connectors d’expansió.

• Convertidors Analògic/Digital: 13 canals, 4 disponibles en els connectors d’expansió. Gestionats per l’API

• Ports d’entrada/sortida digital: 22, 12 disponibles en els connectors d’expansió i gestionats per l’API. Tots ells tolerants a 5 V.

• Rellotge de temps real: Un, però no està gestionat per l’API • Modes de baix consum: Quatre, però no estan gestionats per l’API • Canal sèrie I2C: Un, disponible en els connectors d’expansió i compatit amb

l’LCD i l’acceleròmetre. • Canal sèrie SPI: Un connectat al transceptor de radio freqüència, un altre a

l’EEprom i quatre disponibles en els connectors d’expansió. • Canal sèrie asíncron: Un connectat al PC via USB gràcies al convertidor

CP2102 i un altre disponible en el connector d’expansió. Aquest segon no està gestionat per l’API.

Pàgina 5

2.1.2 Acceleròmetre

• Model: MMA7660FC • Fabricant: Freescale • Rang de mesura: Tres eixos, ±1.5 G • Sortida: Digital, per I2C • Deteccio: Tap (cop breu) i sacsejada brusca (shake) • Resolució: 32 bits per 1.5G (4 graus d’inclinació per cada valor binari) • Gestionat per l’API

2.1.3 Transceptor de radiofreqüència

• Model: CC2500 • Fabricant: Texas Instruments • Banda: ISM 2.4 GHz • Potència de sortida: 1dBm • Abast en línia directa: 25 m (aprox) • Abast en interiors: 12 m (aprox) • Modulació: programable. L’API usa Minimum Shift Keying • Accés al medi: Clear Channel Assessment • Protocol: Propietari de la Salle, no orientat a connexió • Informació d’enllaç: Received Signal Strength Indicator i Link Quality Indicator • Connexió: SPI

2.1.4 Drivers dels motors

• Model: BD6222HFP • Fabricant: R0HM • Control: PWM de 20 KHz fins a 100 KHz • Proteccions: Curtcircuit • Corrent màxim: 2A • Tensió d’alimentació màxima: 18 V

2.1.5 Alimentació i càrrega de bateries

• USB: S’eleva la tensió de 5V fins a 13.5 V, limitant a 150mA el corrent de sortida. Aquesta tensió no carrega les bateries

• Alimentador extern: 12 V, 1.25 A. Dóna energia al carregador de bateries i a la resta de l’electrònica. Pot entrar pel connector tipus Jack, de 2.1x5.5 mm o per dos contactes a la placa de circuit imprès.

• Carregador de bateries: Corrent de càrrega de 1A, limitada per temps a 150 minuts o per excés de temperatura

• ES RECOMANA CARREGAR LES BATERIES NOMÉS QUAN ESTAN DESCARREGADES. En cas contrari, aquest sistema de càrrega per límit de temps o de temperatura tendeix a sobreescalfar les bateries i això redueix sensiblement la seva vida.

Pàgina 6

• Bateries: 6 unitats de tipus AA en serie. Tensió nominal de 7.2 V. Capacitat que pot variar entre 2300 i 2600 mAH, segons model.

• Arrencada/aturada: Commutació mitjançant MOSFETS controlats per polsadors d’ON i d’OFF. El polsador OFF admet pulsació curta (menys de 3 segons) que provoca un reset massiu i pulsació llarga (més de 3 segons) que atura el sistema de forma permanent.

• Alimentacions estabilitzades: o 5V (limitada a 3A amb protecció tèrmica i de curtcircuit). o 3.3V (limitada a 800 mA) o VMain. La més gran entre l’alimentació provinent de l’USB (13 V 150

mA) del connector jack (12 V nominals, 1.25 A) o la tensió de bateria si no hi ha cap de les anteriors (7.2 V nominals, fusible d’1.5 A).

2.1.6 EEprom i adreça MAC

• Model: 25AA02E48 • Fabricant: Microchip • Capacitat : 256 bytes • MAC: conté una adreça de 6 bytes única. D’aquests 6 bytes, els tres primers

són constants (identificador de fabricant) i els tres últims són variables. El protocol de radiofreqüència només utilitza els tres últims bytes com adreça MAC

• Connexió: Bus SPI.

2.1.7 USB, emulador de canal sèrie.

• Model: CP2102 • Fabricant: • Drivers: Nadiu en linux, disponibles en Windows i Mac.

2.1.8 LCD

• Model: Compatible Hitachi • Fabricant: Powertip (o competidors compatibles) • Dimensions: Alfanumèric de quatre files per setze columnes

2.1.9 Sistema de tracció

• Funcionament: dues erugues paral·leles controlades per dos motors que poden anar endavant i endarrere de forma independent.

• Regulació del la velocitat dels motors: Tensió constant no regulada i commutació per PWM.

• Sistema de control de velocitat i posició: cap. • Velocitat angular màxima del motor: • Diàmetre de la roda amb l’eruga: • Velocitat lineal màxima del robot:

Pàgina 7

2.2 Control remot

El control remot conté un microprocessador de la mateixa família que el de la placa base però de prestacions inferiors a més d’un transceptor de radiofreqüència, un acceleròmetre, una EEprom i un convertidor serie/usb idèntics als de la placa base. El programador pot usar les mateixos TADs que ofereix la API per a la placa base per modificar el comportament del control remot.

L’alimentació del control remot obté l’energia a través del cable USB o a través de dues piles no recarregables tamany AAA d’1.5 V. També es poden usar dues bateries recarregables de NiMH, AAA d’1.2 V, però com que la tensió mínima de l’acceleròmetre és de 2.4V, la durada d’aquestes bateries es veu molt compromesa.

Codi de producte: LS-H-001

Esquemàtics: EsquemesControlRemot.pdf a la carpeta “Documentacio”

2.2.1 Microprocessador

• Model: PIC24FJ32GA004 encapsulat de 64 pins, muntatge superficial. • Fabricant: Microchip • Joc d’instruccions: 76 instruccions base, optimitzades per al llenguatge C. • Oscil·lador: Intern, 8 MHz amb opció a 32 MHz. Fixat a 8 MHz per la API. • Reset per posada en alimentació intern i activat per l’API (POR) • Reset per caiguda breu d’alimentació intern activat per l’API (Brown-out reset) • WatchDog reset: Independent, desactivat per l’API • Alimentació: des de 2 V fins a 3.6 V. • Memòria de programa (Flash): 11 K instruccions (l’API en consumeix 5 K) • Memòria de variables (RAM): 8192 bytes. L’API en consumeix 1000 bytes, • Temporitzadors: 5 de 16 bits. L’API en consumeix un. • Ports digitals i analògics: no disponibles a la placa de circuit imprès. • Rellotge de temps real: Un, però no està gestionat per l’API • Modes de baix consum: Quatre, però no estan gestionats per l’API • Canal sèrie I2C: Un, connectat a l’acceleròmetre. • Canal sèrie SPI: Un connectat al transceptor de radio freqüència i un altre a

l’EEprom. • Canal sèrie asíncron: Un connectat al PC via USB gràcies al convertidor

CP2102.

2.2.2 Acceleròmetre

• Model: MMA7660FC • Fabricant: Freescale • Rang de mesura: Tres eixos, ±1.5 G • Sortida: Digital, per I2C • Deteccio: Tap (cop breu) i sacsejada brusca (shake) • Resolució: 32 bits per 1.5G (4 graus d’inclinació per cada valor binari) • Gestionat per l’API

Pàgina 8

2.2.3 Transceptor de radiofreqüència

• Model: CC2500 • Fabricant: Texas Instruments • Banda: ISM 2.4 GHz • Potència de sortida: 1dBm • Abast en línia directa: 25 m (aprox) • Abast en interiors: 12 m (aprox) • Modulació: programable. L’API usa Minimum Shift Keying • Accés al medi: Clear Channel Assessment • Protocol: Propietari de la Salle, no orientat a connexió • Informació d’enllaç: Received Signal Strength Indicator i Link Quality Indicator • Connexió: SPI

2.2.4 EEprom i adreça MAC

• Model: 25AA02E48 • Fabricant: Microchip • Capacitat : 256 bytes • MAC: conté una adreça de 6 bytes única. D’aquests 6 bytes, els tres primers

són constants (identificador de fabricant) i els tres últims són variables. El protocol de radiofreqüència només utilitza els tres últims bytes com adreça MAC

• Connexió: Bus SPI.

2.2.5 USB, emulador de canal sèrie

• Model: CP2102 • Fabricant: • Drivers: Nadiu en linux, disponibles en Windows i Mac.

2.2.6 Sistema d’alimentació

• A partir de l’USB, amb el commutador SW_MODE en mode USB, el mateix CP2102 genera una tensió estabilitzada de 3.3V.

• Amb el commutador SW_MODE en mode ACC, l’alimentació prové del portapiles. La protecció contra inversió de polaritat es resol amb un MOSFET en mode diode ideal (caiguda màxima de 40mV). La tensió pot anar entre un mínim de 2.4 V i un màxim de 3.6 V.

Pàgina 9

3. Diagrames de blocs En aquest apartat es descriuen els diagrames de blocs de la placa base i del control remot, així com l’ubicació física dels elements més rellevants, com ara els connectors d’expansió, polsadors, cicruits integrats, etc. Per poder treballar amb comoditat, es recomana tenir una placa de l’LSMaker a mà, així com els esquemàtics de la placa base i del control remot.

3.1 Diagrama de blocs de la placa base. A la figura podem veure que el cor del sistema, òbviament, el microcontrolador (uC).

In illo tempore, al voltant de la CPU hom trobava la memòria no volàtil (EProm, FLASH, etc) i la memòria RAM, on hi residien les variables. En l’actualitat, tot això ho trobem integrat a dins del circuit integrat que anomenem microprocessador i quan aquest microprocessador porta integrat un munt de perifèrics, rep el nom de microcontrolador.

Els busos que connecten el microcontrolador amb els perifèrics que no estan integrats a dins del uC són de tipus sèrie i poden ser o bé I2C o bé SPI. Fins i tot el display, de naturalesa paral·lela, és atacant mitjançant un convertidor sèrie/paral·lel.

Aquest diagrama de blocs és una imatge física de la placa base, no és un model conceptual ja que no descriu tot allò que està integrat a dins del microcontrolador, com ara els convertidors analògic/digital, els temporitzadors, el rellotge de temps real, etc.

Fonts d’alimentació i carregador de

bateries

Drivers del motors

Display LCD

Acceleròmetre

uC

Enllaç RF

Bus I2C i SPI

Connexió USB

Connectors d’expansió digitals

i analògics

USB

Alimentador Bateries de NiHM, 7.2 V 2.6 Ah

Pàgina 10

El sistema d’alimentació (en vermell a la figura) es el responsable de generar les tensions estabilitzades de 5 V i 3.3 V. Els 5 V només s’usen en el display LCD, mentre que els 3.3 V són l’alimentació principal del sistema, ja que tots els circuits integrats funcionen amb aquesta tensió. Els únics circuits que treballen directament amb la tensió principal no regulada (la bateria) són els drivers dels motors. Aquesta decisió de disseny té com a desavantatge que els motors no presenten un comportament estable, i el seu parell i la seva velocitat de rotació es veu fortament influenciada per la capacitat romanent a les bateries. L’avantatge és que no es desaprofita gens de l’energia de les bateries, en no inserir cap mena de regulador pel mig, a més de reduir sensiblement el cost de l’electrònica.

A les figures següent podem identificar, a vista d’ocell i de forma esquematitzada, els components del diagrama de blocs anterior. Noteu que per poder veure els circuits integrats de la meitat esquerra de la placa cal desmuntar l’LCD; no així els connectors d’expansió, accessibles en qualsevol moment.

Connectors d’expansió

Els connectors d’expansió CN3, CN5, CN6, CN8 i CN9 estan pensats per a connectar-hi un cable pla cap a les plaques que, eventualment, es poden inserir a les ranures practicades en els laterals de metacrilat. Per conèixer quin senyals hi ha disponibles en cada connector, cal consultar els esquemes (pàgina Connectors.sch) o l’apartat 4 d’aquest mateix document. El pin numero zero de cada connector s’identifica clarament amb un triangle. Hi ha plaques de proposit general disponibles, identificades amb els codis de producte LS-H-002, LS-H-003 i LS-H-004, segons que es posin al darrera, al centre o al davant de l’LSMaker.

Qui es vulgui fabricar les seves pròpies plaques d’expansió, es pot basar en els esquemes i les dimensions de la PCB que trobaran al subdirectori Documentació, dins el pendrive USB, amb el nom de ExempleExpansioFrontal.pdf, ExempleExpansioDorsal.pdf i ExempleExpansioCentral.pdf.

Pàgina 11

El connector CEX1 (al centre de la placa) està pensat per a plaques més importants i per això el disseny opta per una disposició horitzontal, al damunt de la placa base. La serigrafia de la PCB dóna una idea de les dimensions que pot prendre aquesta placa sense interferir en l’enllaç de radiofreqüència. Hi ha un exemple de com pot ser aquesta en el document ExempleExpansióSuperio.pdf. Aquest connector agrupa tots els senyals disponibles en la placa, això és, els ports analògics i digitals i, a més, els senyals del busos SPI i I2C.

El connector que hi ha al sud-est de la placa entre CN5 i CN6 es compatible amb els gravadors PICKIT 2 i 3 de Microchip (cal respectar la polaritat que marca el triangle). Tot i que el programa LSLoader permet carregar qualsevol aplicació, qui ja disposi d’un gravador oficial pot gaudir de majors prestacions amb aquest connector.

A més dels connectors que acabem de comentar, hi ha la possibilitat de connectar leds en HB1, HB2, HB3 i HB4 (ull amb la polaritat del led, cal fixar-se bé en el dibuix de la serigrafia).

Enllaç de radiofreqüència.

Aquest bloc conté el circuit integrat CC2500 i l’antena dibuixada sobre el circuit imprès. L’antena es del tipus dipol plegat i la seva impedància encaixa perfectament amb la impedància de sortida del CC2500. Notem la superfície que ocupa el cristall oscil·lador X1 respecte la que ocupa el circuit integrat IC8. L’EEprom que conté l’adreça MAC és el circuit integrat IC9, al nord d’IC8.

Display LCD

El bloc del display LCD conté el convertidor de sèrie a paral·lel IC16, l’adaptador de nivells IC17 i el display pròpiament dit, que es connecta a la tira de pins LCD1. A la figura no es veu el display ja que s’ha hagut de treure per poder fer la fotografia d’IC16 i IC17

Pàgina 12

Hem usat un convertidor sèrie/paral·lel per dues raons. La primera és que fan falta 7 senyals per a poder comandar aquest display i el nombre de pins disponibles en el microcontrolador ja estava al límit. La segona rau en el fet que la gran majoria de displays d’aquest estil que es poden trobar al mercat encara treballen amb un nivell de tensió de 5 V, mentre que la resta d’electrònica treballa a 3.3 V. Es més senzill adaptar el nivell de dues línies d’un canal sèrie (IC17) que no pas de set línies d’una comunicació en paral·lel.

El potenciómetre que apareix a la part superior dreta de la zona realçada (P3) permet ajustar el contrast de l’LCD

Pàgina 13

Drivers dels motors.

IC7 i iC19 són els circuits que donen energia als motors, els quals es connecten a les bornes MOT_E i MOT_D (esquerra i dreta). El sentit de gir dels motors depèn de la polaritat de la tensió que els alimenta; per això, en aquestes bornes està mercat el terminal positiu (cable vermell) i el terminal negatiu (cable negre). Per tal d’adaptar els senyals que necessiten IC7 i IC19 al senyals que pot generar el microcontrolador, s’ha hagut d’’inserir tres xips de portes lògiques (IC4, IC5 i IC6) que explicarem en el següent apartat.

Acceleròmetre.

Pàgina 14

Aquest sorprenent circuit integrat (IC18) es capaç de mesurar la inclinació de la placa base respecte la vertical gravitatòria en els eixos X, Y i Z. La inclinació o, millor dit, l’acceleració gravitatòria, s’acostuma a anomenar “acceleració estàtica” per tal de distingir-la de l’acceleració dinàmica, que és la que neix com a derivada de la velocitat respecte el temps. Per tant podem mesurar inclinació però també podem mesurar canvis en la velocitat de la plataforma en cadascuna de les tres direccions X, Y i Z.

La posició d’IC18 respecte la placa de circuit imprès és tal que l’eix X és l’eix horitzontal Oest-Est (positiu a cap a l’est), l’eix Y és el vertical Sud-Nord (positiu al nord) i l’eix Z és el perpendicular a la placa (positiu cap a l’observador).

Fonts d’alimentació

Aquest bloc esta dispersat per tota la placa, tal i com es mostra a la figura. Al sud hi ha el circuit elevador de 5 V (provinents del connector USB a l’oest) fins a 13 V, basat en el circuit integrat IC11 en configuració Step-Up.

A més de proporcionar una tensió prou elevevada per a la resta de la placa base, aquest circuit limita el corrent de sortida a 150mA. Com que 13 V per 150 mA són 2.4W, i la màxima potencia que es permet captar del port USB del PC són 2.5W (5 V, 500mA, podem connectar l’LSMaker al USB del portàtil sense cap temença.

Al nord oest hi ha la circuiteria de càrrega de la bateria, centrada en el circuit integrat IC3. Aquest dispositiu carrega les bateries (a la part inferior de la placa) a un promig d’un amper durant dues hores i mitja fins que la temperatura de les bateries canvia a més de mig grau en un minut. La mesura de la temperatura es responsabilitat de la resistència NTC (al centre del quadrant sud-est), però no es tracta d’una mesura directa, ja que el calor provinent de les bateries ha d’atravessar la placa de circuit imprès.

Donat que cada cop que es connecta el carregador (Jack CN4 a l’oest) IC3 comença a comptar de nou el temps. Si la bateria ja està carregada ja no accepta més energia i el que fa és generar calor, un calor que serà detectat per NTC més tard o més d’hora,

Pàgina 15

però que no serveix per a res, només per reduir la vida de la bateria. Per això, a diferència dels carregadors de bateries de liti, es recomana carregar la bateria només quan està molt descarregada.

Al quadrant Nord-est hi ha els reguladors lineals IC12 i IC13 que generen les tensions de 5 i 3.3 volts respectivament. IC12 té doble format, un de tipus SMD i un altre de tipus convencional (a la fotografia hi ha el convencional). Això és deu al fet que hi ha problemes de subministrament del model SMD, però és molt més econòmic i fàcil de muntar que el seu equivalent en convencional. Val a dir que aquesta tècnica, la de mantenir dos formats, és molt habitual sempre i quan no hi hagi limitacions d’espai.

Finalment, cal esmentar el circuit de posada en marxa i d’aturada de l’alimentació, basat en el circuit integrat IC10 i els polsadors SW_ON i SW_OFF. Abans però, cal estudiar els diferents camins de l’alimentació amb l’ajut del diagrama de blocs següent:

VMain és la tensió principal de la placa, a partir de la qual es generen els 5 i 3.3 V. D’acord amb la disposició dels díodes, es pot afirmar que aquesta tensió val:

• 13 V si hi ha l’USB connectat

• 12 V si hi ha un alimentador en el jack (CN4)

• La tensió de la bateria si no hi ha cap dels anteriors o si el corrent que es demana en el sistema és major del que poden donar l’elevador de 13 V o l’alimentador del jack. La tensió de bateria pot oscil·lar entre 9 i 6 volts, segons com estigui de carregada.

D’això es dedueix que es pot connectar l’LSMaker al USB del PC sense cap problema, ja que mentre el consum sigui inferior a 2.4 W, el sistema s’alimenta de l’elevador i no es consumeix bateria. Quan es posen en marxa els motors, el limitador que porta el circuit elevador es defensa baixant la seva tensió de sortida fins que cau per sota del nivell de la bateria, moment en que aquest última pren la responsabilitat d’alimentar tot el sistema.

L’interruptor principal es composa del circuit integrat IC10, que no és res més que un transistor MOSFET, els polsadors SW_ON i SW_OFF, un parell de transistors i un

Elevador 5V/13V Reg 5V

Reg 3V

USB 13 V 5 V

Jack 12 V Carregador

12 V

7,2 V

VMain

SW_ON SW_OFF

Pàgina 16

grapat de components passius. La intenció inicial era usar un interruptor convencional, però resulta més car i no permet certes prestacions. Contretament, tal i com es detalla i justifica en el document “Hardware avançat”, si es prem el polsador SW_OFF durant menys de tres segons, l’interruptor s’obre i es tanca de nou amb el que es produeix un reset massiu. Si es prem l’interruptor durant més de tres segons, l’interruptor queda obert permanentment.

Com que totes aquestes tensions poden ser manipulades per l’usuari, s’han protegit contra curtcircuit, sigui amb fusibles rearmables (la bateria) sigui perquè els circuits integrats que s’han escollit porten proteccions incorporades.

A la figura següent podem veure una fotografia de la serigrafia de la pcb completa.

Pàgina 17

3.2 Control remot.

El control remot consta d’un microcontrolador de la mateixa família que el de la placa base però de menors prestacions, un acceleròmetre, un transceptor de radio freqüència i un convertidor sèrie/usb, tots ells idèntics als de la placa base. El diagrama de blocs és el següent:

No repetirem aquí l’explicació dels diferents mòduls ja que seria redundant, ans ens centrarem a comentar com s’alimenta aquest comandament i quines funcionalitats ofereix.

L’alimentació pot provenir del cable USB, reduïda i regulada a 3.3V gracies al convertidor sèrie/usb CP2102 o bé es pot alimentar amb dues piles del tipus AAA d’1.5V o piles recarregables de NiMH, de 1.2V cadascuna, situades al darrera de la placa. La posició del commutador SW_MODE (USB o ACC) determina si el control remot s’alimenta del bus USB o de les piles.

La mínima tensió de funcionament del control remot és de 2.4 V, que és just el que donen com a tensió nominal dues bateries d’1.2 V connectades en sèrie. Com que la probabilitat que l’usuari posi les piles al revés és 1, cal afegir un diode en sèrie per evitar mals majors a l’electrònica de la PCB. El problema és que un diode, fins i tot els díodes de barrera schottky, es “mengen” gairebé 200 mV, tans se val si hi passa molta o poca corrent.

Acceleròmetre uC

Enllaç RF

Connexió USB

Pàgina 18

Per solventar aquest problema, s’ha substituït el diode convencional per un transistor mosfet en configuració de diode ideal (Q1) , tal i com es mostra en el fragment d’esquemàtic següent:

Per a més informació sobre el disseny de la placa, es remet el lector al document “Hardware avançat”, com ja s’ha mencionat anteriorment i finalitzem aquest apartat amb una imatge de la serigrafia top de la placa de circuit imprès .

Pàgina 19

4. Glossari d’acrònims

En aquest apartat es recullen i descriuen els acrònims que ha aparegut fins ara.

• I2C: I²C (Inter-Integrated Circuit) Bus per a interconnectar circuits integrats en una mateixa placa de circuit imprès. Tipologia sèrie amb un senyal per al rellotge i un altre per a les dades.

• SPI: SERIAL PERIPHERAL INTERFACE (SPI), un altre bus per a interconnectar circuits integrats dins d’una placa. Tan usat o més que el I2C

• PWM: Modulació per amplada de pols. Es una ona quadrada que presenta un temps a “1” diferent del temps de “0”, la proporció entre un temps i l’altre equival a una quantitat d’energia que es pot usar amb proposits de regulació.

• PCB: Printed circtuit board o placa de circuit imprès

• LCD: Liquid crystal display. Visualitzador alfanumèric basat en l’efecte de transparència controlada electrònicament que tenen certs cristalls líquids.

• EEPROM: Mèmoria que conserva el seu contingut en absència de tensió i que es pot esborrar electrònicament.

• FLASH: Memòria que conserva el seu continugut en absència de tensió i que es pot esborrar electrònicament. A diferència de l’EEPROM, cal esborrar blocs de tamany significatiu abans de poder escriure. En contrapartida, la densitat d’informació que poden emmagatzemar és molt més gran.

• NTC: Resistor que presenta un coeficient de temperatura negatiu, és a dir, que el seu valor de resistència decreix a mesura que augmenta la temperatura. Molt econòmiques i per això molt utilitzades per mesurar temperatura allà on no es requereix una gran exactitud.

• SMD: Surface mounting device. Dispositiu que es munta de forma superficial, que no travessa la PCB i que es pot inserir automàticament. En l’actualitat, només els dispositius que consumeixen potencies o corrents importats no son SMD.