Робомега
Постановка задачи

Летом 2016 года к нам обратился глава образовательного проекта «Геккон» Александр Матвеев. В числе прочего его задача  учить школьников делать «роботов» — машинки, самолеты — изначально на основе Arduino. Проблема проекта была в том, что  Arduino это просто плата без периферии, а для создания «робота» нужно к этой плате подключать датчики, сервоприводы (механические приводы, управляющие параметрами движения), а главное, мощные двигатели. Это можно сделать штатными средствами Arduino при помощи так называемых шилдов (совместимых с Arduino плат расширения). Но, во-первых, есть проблема с подключением нескольких шилдов одновременно, во-вторых, мы очень быстро получаем здоровенный кирпич, из которого во все стороны торчат провода, что крупногабаритно, некрасиво и ненадежно. К тому же далеко не всегда удается реализовать штатными средствами весь набор функционала, который требуется. 

Решение очевидно: сделать свою плату, которая, по сути, представляет из  себя Arduino с интегрированными шилдами. Задача оказалась непростой, и после нескольких попыток ребята обратились к нам. Так появилась плата, которую мы назвали Robomega (заказчики используют название Livetronic Mega)

Техническое решение

Сердцем Robomega стал микроконтроллер ATmega128 со ста «ногами». На плате распаяны:

  • USB-UART переходник, через который осуществляется прошивка платы и ее отладка; 
  • 12 цифровых выходов (разъем, на котором есть питание, земля и цифровая «нога» ATmega); 
  • 8 аналогично сделанных аналоговых выходов;
  • bluetooth модуль;
  • несколько источников питания, один из них силовой для питания мощных двигателей; 
  • 15-амперные драйверы двигателей постоянного тока, что значит, что к плате можно подключать аккумулятор, а импульсным источником питания напряжение опускается до пяти вольт, после чего так можно питать моторы;
  • защита от слишком большого тока;
  • зарядное устройство;
  • множество средств индикации: светодиоды, подключенные к последовательному порту, к ножкам микроконтроллера, светодиоды, индицирующие зарядку, завершение зарядки, наличие внешнего источника питания и т.д. 
Подробнее о питании 

Плата предназначена для питания от двух Li-Ion аккумуляторов суммарным напряжением 8,4 вольта. На ней интегрировано зарядное устройство для такого аккумулятора, причем микроконтроллер может получить информацию о степени, стадии зарядки и так далее. Для питания микроконтроллера и аналоговых датчиков используется отдельный линейный блок питания. Для питания цифровых выходов, то есть сервоприводов, используется выделенный импульсный источник. Такое обилие источников питания обусловлено тем, что необходимо питать сервоприводы (техническое задание требовало четыре мощных сервопривода с потреблением 1,5 А каждый, что приводит нас к суммарному току в 6А). 6А большой ток, поэтому нужно было сделать выделенный источник питания. Этим же источником питания не стоит питать микроконтроллер и аналоговые датчики, потому что сервоприводы создают массу шума.
Защита от слишком большого тока для цифровых выходов срабатывает на 6,5 А, для аналоговых —   на 120 мА. Bluetooth-модуль питается от выделенного источника питания на 3,3 В. Состояние заряда и питания отмечается множеством индицирующих светодиодов. 

Применение

На основе этой платы были сделаны как образовательные, так и коммерческие проекты. Вот, например, описание одного из образовательных проектов: набора LiveTronic Mega Inventor, который позволяет строить довольно сложных роботов из картона, фанеры, пластика. Набор подходит как для домашнего использования, так и для кружков робототехники. Здесь можно ознакомиться с огромным количеством «роботов», созданных на его основе. 

Пример коммерческого проекта — машинка для исследования воздуховодов систем вентиляции. По сути это «робот» в виде машинки с видеокамерой, которым можно удаленно управлять и рассматривать поверхности.

Итог

Плата получилась сложная, большая (по нашим меркам: она размером примерно с пачку сигарет), четырехслойная. Она регулярно демонстрируется на профильных выставках и имеет большой успех за счет реализации широкого функционала. Однако вследствие этого ее цена достаточно высока. 

Также наборы с платой Robomega часто демонстрируются на фестивалях и имеют огромный успех у детей различного возраста. 

Мегалайт.  Развитие идеи

Robomega подходит не для всех проектов: высокая цена, большие габариты, не всегда востребован весь богатый функционал. Было решено сделать вторую плату поменьше и подешевле, ее предполагалось ставить на «роботы»-самолеты (Robomega великовата для таких задач). Мы разработали еще одну плату, примерно в два раза меньше, в полтора дешевле и с урезанным функционалом. На ее основе сделан, например, набор LiveTronic Micro Inventor, который точно так же описан здесь

Техническое описание

Плата сделана на основе контроллера ATmega328, он ощутимо меньше по размеру и менее функциональный, но подешевле. На плате есть такой же, как на Robomega, Bluetooth-модуль, зарядка, USB-UART переходник для отладки и программирования, драйвер двигателей постоянного тока, но теперь это одна двухканальная микросхема, рассчитанная на меньший ток. Аналоговых и цифровых выходов тоже стало меньше. Питание аналоговых выходов точно так же защищено, стоит инфракрасный приемник для реализации простых пультов дистанционного управления. Питание цифровых выходов так же отдельное, но ток уменьшен с 6,5А до 4,8А.

Search

Tags
nfc волшебство всепроекты замок звук игротехника образование распознаваниежестов свет стимпанк удобныеприборы универсальныеустройства фантастика чуятьдругдруга