Робот с планеты Шелезяка

Владимир Макаров

Введение

Постановка задачи такая: робот должен оценивать и индицировать уровень шума в помещении и, при превышении некоторого порога, проигрывать фонограммы с micro-SD карты и, при этом, открывать рот в такт со звуком.

В результате решения задачи получилось вот такое суровое на вид устройство:

Рисунок 1.
Внешний вид устройства

Демонстрацию его работы можно посмотреть здесь:

Схема

Схема электрическая принципиальная показана на рисунке:

Рисунок 2.
Схема электрическая принципиальная

Устройство собрано на микроконтроллере ATmega328P. Выбор микроконтроллера обусловлен необходимостью использовать повышенную тактовую частоту для качественного воспроизведения звуковых фонограмм. Тактовая частота микроконтроллера 16 МГц, задается кварцевым резонатором Y1.

Фьюзы МК установлены в следующие позиции:

HIGH=0xD9, LOW = 0xFF, EXT = 0xFF.

Звуковые фонограммы читаются с micro SD карты. Формат звуковых файлов на карте строго: mono, WAV (Microsoft), кодирование - Unsigned 8-bit PCM, частота дискретизации - 22050Гц.

Уровень шума в помещении регистрируется электретным микрофоном BM1, усиливается операционным усилителем DA2.1 (1/2 LM358N), детектируется диодами, VD1, VD2 (1N4148), накапливается на емкости С9 и подается на вход аналогово-цифрового преобразователя МК (контакт ADC0).

МК анализирует уровень поступившего сигнала о шумовой обстановке в помещении и отображает на ступенчатом индикаторе на светодиодах VD3, VD4, VD5, VD6, VD7. Светодиод VD4 (установлен на «голове» робота) индицирует превышение допустимого порога шума в помещении, что является сигналом для проигрывания фонограммы.

Файл фонограммы считывается микроконтроллером с microSD карты и звук воспроизводится с использованием метода ШИМ (широтно-импульсной модуляции) на выходе OC1A. В основу положено известное решение «255-Voice PCM SoundGenerator» (Автор - ChaN, оригинал статьи здесь - http://elm-chan.org/works/sd20p/report.html).

Звуковой сигнал поступает на вход усилителя на микросхеме DA3 (TDA7052A) и воспроизводится динамиком мощностью 1Вт. Громкость воспроизведения может быть отрегулирована потенциометром R12.

Воспроизведение звука сопровождается анимацией «верхней челюстью» головы робота, приводимой в движение сервоприводом M1. Угол поворота вала сервопривода зависит от амплитуды воспроизводимого сигнала. Амплитуда сигнала вычисляется программно на основе данных звуковых отсчетов, прочитанных из звукового файла. С вывода OC0B МК на сервопривод поступает прямоугольный сигнал ШИМ с периодом 20мс и шириной импульса пропорциональной уровню звукового сигнала.

В устройстве применен аналоговый сервопривод MISTERYS-0009.
Его заводские характеристики:

Рисунок 3.
Сервопривод MISTERY S0009.

Питание устройства обеспечивается от трех последовательно включенных батарей формата AA. Напряжение питания 4,5 Вольта. Для питания micro-SD карты напряжением 3.3 Вольта, установлен DC-DC преобразователь на микросхеме DA1 (1117-3.3). Для исключения влияния помех коллекторного двигателя сервопривода на электронную схему питание сервопривода осуществляется через дроссель L1 (50мкГн) конденсатор С15 (0,1мкФ).
Цепочка R16 C14, служит для сброса МК при включении устройства.

Плата.

Печатная плата со стороны деталей показана на рисунке:

Рисунок 4.
Расположение деталей и перемычек.

Разводка печатной платы приведена на рисунке:

Рисунок 5.
Печатная плата.

Расположение деталей внутри устройства показано на следующем рисунке.

Рисунок 6.
Внешний вид платы с деталями.

Рисунок 7.
Батарейный отсек

Конструкция

Корпус Робота из пластика, напечатан на 3D принтере. Состав деталей корпуса приведен на рисунке.

Рисунок 8.
3D детали робота.

Где,

    1. Верхняя часть головы
    2. Нижняя часть головы
    3. Ухо
    4. Воротник
    5. Кольцо для динамика
    6. Тело
    7. Батарейный отсек
    8. Дно
    9. Таз
    10. Плечо
    11. Рука
    12. Кисть
    13. Нога
    14. Башмаки

Файлы *.stl для 3D печати, можно скачать по ссылке в конце статьи.

Удачи вам в творчестве!

Приложение:

     - Zhelezyaka1.dch - схема электрическая в DipTrace
     - Zhelezyaka1.dip - печатная плата в DipTrace
     - Zhelezyaka1.rar - проект в Atmel Studio 7
     - Zhelezyaka1.hex  - прошивка для МК
     - Zhelezyaka1 3D model.rar –модель робота для 3D принтера
     - Звуки Zhelezyaka.rar - фонограммы

Скачать архив