Trükkplaaditehnoloogiatest

Tegin hiljuti ettekande erinevatest trükkplaaditehnoloogiatest. Keskendusin kiirele ülevaatele kuidas valida, millist tehnoloogiat kasutada. Näen väga tihti kuidas kasutatakse ainult seda tehnoloogiat, mis on kõige tuttavam, selle asemel, et kasutada head lahendust. Slaidid on kättesaadavad lingilt: Elektroonika_valmistamine

Lisaks soovitan lugeda ka brandneri ja kamitra trükkplaatide valmistamise nõuandelehekülgi.

Elektromagnetiline löögihaamer

Tartu ülikooli robotiklubi on teinud mitu robootika alast video. Seeria kolmas video keskendub robotitele, mis peavad asju lööma. Täpsemalt siiski – tugevalt ja kiirelt palle lööma. Pallide löömine on väga vajalik näiteks robotjalgpalli mängivatele robotitele.

Video räägib pikalt elektromagneetilisest palli löömise mehhanismist, mis kasutab kõrge pingega elektromagnetit. Video asub aadressil: http://youtu.be/Q9CXS5nSgFE

Sisukord:

  • Erinevate löögimehhanismide võrdlus
  • Elektromagnetilise löögimehhanismi tööpõhimõte
  • Elektriline tööpõhimõte
  • Löögimehhanismi mehhaaniline ülesehitus
  • Elektriline simulatsioon
  • Mähise disainimine ja valmistamine
  • Juhtelektroonika tutvustus
  • Juhtelektroonika ühendamise demonstratsioon
  • Arvutist juhtimine
  • Kõrgepinge juhtelektroonika ohutus ja elektrihäirete vältimine
  • Mehhaaniline ülesehitus ja nipid
  • Füüsikaline taust

Pallihoidja valmistamine

Tartu ülikooli robotiklubi on teinud mitu robootika alast video. Seeria teine video keskendub ringi liikuvatele robotitele, kes peavad palli liigutama. Sellised robotid on väga levinud igasugu robotivõistlustel. Näiteks Eesti suurima robotivõistluse Robotex, kõige suurem ülesanne on golfipallidega jalgpalli mängimine. Robotjalgpall on üks kõige tuntum robotivõistluse liik ning kõige suurem robotite jalgpalli võistlus on RoboCup.

Video räägib pikalt rullikuga mehhanismist, millega palli liikumise ajal käsitleda. Video asub aadressil: http://youtu.be/EVIe4i2XBOo

Sisukord:

  • Miks pallihoidjat vaja on?
  • Robotexi pallihoidmise mehhanismi näide
  • Teooria
  • Teoreetiliselt oluline
  • Reaalselt oluline
  • Rulli allasurumise jõud
  • Rulli kiirus
  • Rulli läbimõõt
  • Hõõrdejõud palli ja rulli vahel
  • Süsteemi paigaldamine

3D joonestamine robootikule

Tartu ülikooli robotiklubi on teinud mitu robootika alast video. Esimene video teeb sissejuhatuse arvutiga 3D joonestamisse SolidWorksi programmi näitel. SolidWorks on üks kõige laialt levinum joonestamise programm nii amatööride kui professionaalide seas. Video asub aadressil http://youtu.be/2Kll2pOP_54

Video sisukord:

  • Sketch ehk alusjoonised
  • Alusjooniste muutmine
  • Add Relations – elementide vahelised seosed alusjoonisel
  • Alusjoonise abil avade tegemine
  • Kiirkäsud
  • Elementide defineerimise loogika
  • Alusjoonise elementide kandmine uuele joonisele
  • Extruded Cut – avade tegemine detaili
  • Loodud ava või muu elemendi edasikandmine järgmistele 3D elementidele
  • Alusjoonisest ava tegemine kui ava asemel tekkis detail
  • Fillet – ümarate servade tegemine
  • Hole wizard – keermestatud avade tegemine
  • Milliseid keermeid on soovitav teha
  • Elementide ja tasapindade ühendamine
  • Mirror – Kolmedimensioonilistega elementide peegeldamine
  • Elementide ümbernimetamine
  • Measure – detailide mõõtmine
  • Failide salvestamine ja vormistamine
  • Mirror ja abijooned – alusjoonise elementide peegeldamine
  • Salvestamise iseärasused
  • Dünaamiliste alusjooniste loomine

Harjasteta mootoritest ja gimbalitest.

Hiljuti olen ma palju saanud mängida suurte poiste mänguasjadega ning kuna pole aega olnud väikeseid ja lihtsaid projekte kokku panna, siis selle tulemusena mõtlesin, et räägiks natukene teistest asjadest. Lehekülg on ju siiski robootikale pühendatud mitte ainult elektroonika sissejuhatusele.

Kaameragimbal on ühe või mitmeteljeline videosüsteemi stabiliseerimise süsteem. Veel mõned aastad tagasi kasutati video stabiliseerimiseks põhiliselt mehhaanilisi süsteeme kuid hiljutised arengud sensoorika ning mootoritega on tekitanud olukorra kus väga tasemel gimbalid muutuvad järjest kergemaks ja stabiliseerimine antakse mehhaanikalt üle sensoritele ja mootoritele.

Brushless 2 teljeline gimbal

Brushless 2 teljeline gimbal

Minu isiklikuks huviks on just kaamera stabilisatsioon mis toimub harjavabade mootoritega. Kuna harjastega mootorid kuluvad palju (harjaste sädelus kommutatsiooni käigus mis kahandab ka effektiivsust) siis harjavabad mootorid kulutavad vaid laagreid mille eluiga on väga pikk.

Nüüd aga natukene nende mootorite kontrollist. Kuna Harjavabade mootorite kommutatsioon toimub elektriliselt, siis on nende ülesehitus mõnes mõttes nagu stepper mootoritel. Nüüd aga kui võtta mähised eraldi ning nende energiat pulsimodulatsiooniga juhtida, saame tulemuseks mootori mille võlli asendit saab väga täpselt muuta.

Gimbali mootor

Kuna aga mootori driver ei saa harjavaba mootori korral kuidagi teada mis tema asend on, siis kasutatakse selle jaoks inertsiaal mõõdu süsteemi. Praegusel juhul on kogu süsteem küll ühes kiibis (MPU-6050)  aga reaalsuses on seal väga palju erinevaid seadmeid. Alustuseks 3 telge güroskoopi, 3 telge akseleromeetrit (kiirendusandur) ning lisaks veel 3 telge magnetomeetrit. Kokkuvõttes saab protsessor infot mootori liikumisest ja absoluutasendist maakera gravitatsiooni suhtes ning ka magnetvälja suhtes ning arvutab sellest välja mootori mähiste vajaliku ergastuse ning vajaliku muutuse ergastuses et hoida kaamerat soovitud asendis. Tulemus on vägagi vaimustav ning hea koodi korral ülimalt stabiilne.

Brushless mootor IMU-ga

Brushless mootor IMU-ga

Katsetuseks sain kasutada eelneval pildil olevat mootorit mis on disainitud selleks et kaamerat stabiilsena hoida. Mootor võtab täis koormuse all 2.5A voolu ning seda 18V juures ehk siis 45W. Samas on see piisavalt tugev et raskuskeskmes oleva kaamerat stabiilsena hoida, ning see mootor on mõeldud jupp maad suuremate kaamerate jaoks kui GoPro.

Mõnel järgmisel korral räägin ehk seadmest mis mootori asendiga tegeleb täpsemalt.

 

Elektroonika arenduskomplekt

Elektroonika arenduskomplekt

Elektroonika arenduskomplekt

Nii ise elektroonikat ning robootikat õppides on vaja komponente. Mingeid kiipe ja takisteid, valgusdioode tahaks ju ka. Aga mida täpselt ja mis võimalused üldse on jääb tihti segaseks. Seetõttu ongi algajal mõistlik osta mõni elektroonika arenduskomplekt. Hiinlased müüvad üsna odavalt mingisuguseid, aga kuu aja pikkune postiaeg ja kaheldav sisu jätab külmaks. Siis on alati võimalik ka Arduino ametliku maaletooja ITT Grupi käest midagi osta, aga nende kohutavad sadades ja sadades eurodes olevad hinnasildid on küll täielikud tujurikkujad.

Selle probleemi lahendamiseks paningi kokku elektroonika arenduskomplekti. Selle abil saab ehitada enamusi siin projektis olnud projektidest ning ka palju muud huvitavat. Komplekt sobib hästi algajale ning on lihtsasti laiendatav. Kui mõnda komponenti rohkem vaja on või ära kaob, on võimalik nimekirja järgi neid teistest poodidest juurde osta. Nagu hiljutine kunstitudengitele korraldatud töötuba näitas siis see komplekt sobib väga hästi kokku hunniku Arduinode ja veel suurema hunniku inimestega.

Loopimiskindla elektroonikakohvri sisu

Loopimiskindla elektroonikakohvri sisu

Komplekt sisaldab endas järgnevat:

Hangi see veebipoest: http://pood.tech-thing.org

filtritest veidi.

Aegajalt on tarvis teha pulseerivast voolust alalisvoolu, eraldada alalisvoolust sageduskomponente või näiteks pwm signaalist kena sile nivoosignaal.

Selleks, et selline asi ette võtta on võimalik kasutada ülilihtsaid passiivahelaid. Näiteks kui on tegemist audiovõimendiga, mis on tundlik alalisvoolule on võimalik  kasutada kõrgpääsuga filtreid.

Kõrgpääsufilter

Kuna on teada, et kondensaator lubab kõrgetel sagedustel ilma takistuseta läbida ning madalad sagedused näevad seda kui lahti ühendatud vooluringi, siis sellel samal põhimõttel eelmainitud filter töötabki.

Kõrgpääsufiltri simulatsioon

Kõrgpääsufiltri simulatsioon

Nagu näha, siis mida kõrgem on sagedus, seda rohkem pääseb sisendsignaal läbi ning mida madalamaks sagedus muutub, seda rohkem hakkab filter seda summutama.

Kui varieerida vaid takistit ja kondensaatorit, saab panna filtri lõikama erinevaid sagedusi.

Väga sarnane on ka skeem mis lubab läbi alalisvoolu ning summutab kõrgema sagedusega signaale

Madalpääsufilter

Madalpääsufilter

Tegemist on samasuguse skeemiga kui eelmine kuid Vin ja gnd on omavahel välja vahetatud. Nüüd lubab takisti alalisvoolul läbi minna, kuid vahelduvvool lühistatakse kondeka abil maandusesse.

Madalpääsufiltri simulatsioon

Kuna ma üritan valemitest eemale hoida veel natukene aega, siis sel korral ma filtritest lähemalt rääkima ei hakka. Teinekord kui jõuan aktiivfiltriteni, siis tulevad juurde juba valemid ja muu mis võimaldab aju kokkujooksmist jupi korralikumal tasemel kui see sissejuhatus passiivfiltritesse.

Heligeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Operatsioonivõimendist relaksatsioongeneraator

Tänane skeem on muudetav heligeneraator. Seekord ehitatav elektrongeneraator ei põhine 555 ajastuskiibil vaid hoopis operatsioonivõimendil. Nimelt täna ehitame relaksatsioongeneraator. Nagu elektroonika puhul ikka, on skeem lihtsam kui nimi.

Nagu paljud operatsioonivõimendit kasutavad skeemid, vajab ka täna ehitatav relaksatsioongeneraator kahepolaarset toidet. Inimkeeles tähendab see, et me vajame maandust (0 V), positiivset toidet (5 V) ja negatiivset (-5 V). Sellised kolm pinget võib ka teisiti kirja panna, näiteks 0 V, 5 V ja 10V. Kuna pinge tähistab kahe punkti erinevust võib neid üldse igatepidi kirjutada, ka -10 V, -5 V ja 0V. Siiski on mõistlik valida kirjutamiseks skeemi vaatepunktist loogiline viis, antud juhul siis kõige esimene (-5 V, 0V, 5 V).

Sellist pinget on kõige lihtsam saada, kasutades 9 V patereid ja 5 V pingeregulaatorit. Sellisel juhul on väljundpinged 0 V (patarei negatiivne klemm), 5 V (pingeregulaatori väljund) ja 9V (patarei positiivne klemm). Ehk siis -5 V, 0 V ja 4V, mis on meie skeemi jaoks piisavalt hea.

Signaaligeneraatori skeem

Signaaligeneraatori skeem

Alumine potentsiomeeter on väärtusega 100 kΩ ja ülemine 10 kΩ. Opvõimendiks kasutasin üldlevinud LM358, mille toitepingeks on patarei pinge. Näidatud maandused on tegelikult hoopis pingeregulaatori 5V väljundist. Väljundi ja maanduse vahele ühendasin väikese pieso kõlari, mille sagedust saab alumise potentsiomeetriga muuta. Lisaks ühendasin väljundi ja maanduse vahele valgusdioodi ja takisti, mille heledust saab teisest potentsiomeetrist muuta. Ehk siis alumine muudab sagedust ning ülemine sisselülitatud olemise protsenti.

Skeemi saab lihtsalt valmistada jootevaba makettplaadi (klemmplaat, leivalaud, breadboard) peale.

Heligeneraator leivalaua peal

Heligeneraator leivalaua peal

Mida vaadata kui ostetud kallis elektroonikaseadeldis lihtsalt ei tööta.

Just hiljuti tellisin Itead-ist enesele mõnusa mp3 mängja kilbi mis ühildub kenasti arduino plaadiga.

leonardo + mp3 kilp

 

 

 

 

 

 

 

 

Küll aga avaldus kohe suur probleem kui üritasin heli kuulata. üks kanal lihtsalt ei töötanud.

cropped closer.

 

 

 

 

 

 

 

 

Põhjus selleks oli väga lihtne kuid samas üks kavalamaid probleeme. Nimelt külmjoodis.

Tihtipeale kui on tegemist skeemiga mis ei tööta aga vahepeal hakkab maagiliselt tööle, on selle põhjuseks olukord kus mõne mikrokiibi jalg lihtsalt ei ole korralikult trükkplaadi peale joodetud kuigi visuaalsel inspektsioonil võib kogu ühendus tunduda korrektne, siis reaalsuses võib teise nurga alt paista hoopis midagi sellist:

külmjoodise tõttu lahtiseks jäänud jalg mis kõrvaklappide ühendust sisestades plaadist eemale paindus.

 

 

 

 

 

 

 

 

Siin on teine näide võimalikust külmjoodisest

Siin on teine näide võimalikust külmjoodisest

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Kahjuks on külmjoodiseid tihtipeale väga raske tuvastada, kuid samas on lohutuseks see, et nende parandamiseks on vaja vaid jootekolviga vigased kohad üle käia.

Sellest momendist kui ma avastasin mis probleemiks oli kuni selleni kus ma tekkinud külmjoote probleemi ära lahendasin kulus ainult jootekolvi kuumenemise aeg. See on siis 20 sekundi ringis.

 

Operatsioonivõimendi

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi tingmärk

Operatsioonivõimendi ehk opvõimendi (või opamp) on kahe sisendiga differentsiaalvõimendi. Ehk siis kiip, mis võimendab kahe sisendi erinevust. Algselt kasutati neid analoogarvutites matemaatiliste arvutuste tegemiseks. Tänapäeval tüütute transistorite (kas sai ikka eelpingestatud?) asendamiseks analoogelektroonikas. Üksikuid transistoreid on jätkuvalt vaja näiteks raadiosagedust võimendades või mootoreid juhtides. Täpsete ja aeglaste signaalide jaoks on operatsioonivõimendi ülim.

Operatsioonivõimendil on kaks toiteühendust, kaks sisendit (+ ja -) ning üks väljund. Toimimispõhimõte on väga lihtne: kui + sisendi pinge on kõrgem kui – sisendil tõuseb väljundi pinge. Kui vastupidi – siis väljundpinge langeb. Kui need on täpselt sama suured siis jääb väljundpinge samaks. Väljundpinge muutumise kiirus (slew rate) on väga suur, näiteks LM358 puhul 0,6 V/µs. Seetõttu peab sellega arvestama ainult väga kiire signaalide puhul (nt. raadiosagedus).

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Aku tühjenemise hoiatus pingevõrdlejast.

Kõige lihtsam on operatsioonivõimendit kasutada pingevõrdlejana. Näiteks saab konstrueerida aku pinget pingeregulaatori pingega võrdleva skeemiga, mis annab valgusdioodiga märku kui aku on tühjaks saamas ehk pinge liiga madalaks langeb.

Alumine pingejagur teeb toitepingest 2,5 V, sest operatsioonivõimendi ei tööta oma toitepingest kõrgemate pingete juures. Ülemine pingejagur jagab 2,5 V nii, et 10,75 V akupinge juures on mõlemad sisendid võrdsed. Kui aku pinge langeb kasvõi 0,0001 V madalamaks kui 10,75 V siis läheb valgusdiood põlema ja püsib sellises olekus.

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Andurist tulevat pinget 11 korda võimendav pingevõimendi

Teine lihtne skeem on võimendi. Paremal on anduri sisendpinget 11 korda võimendav mitteinverteeriv võimendi. Ehk siis kui anduri väljundpinge on 0,1 V siis võimendi väljund on 1,1 V. See on äärmiselt kasulik tundlike andurite signaali võimendamiseks enne mikrokontrolleriga mõõtmist.

Mõistmiseks võib mõelda nii, alguses on väljundpinge 0 V ja pingejagur jagab selle ka – sisendisse 0 V peale. Kui nüüd on anduri sisend 0,1 V siis on positiivne sisend kõrgema pingega ja väljund hakkab tõusma. Väljund tõuseb nii kaua kui pingejagur jagab teisse sisendisse ka täpselt 0,1 V. Pingejaguri valemist saame arvutada: Vsisend = Vväljund(R1+R2)/R2. Vsisend = 0,1 V * 11 kΩ / 1kΩ = 1,1 V