О смысле всего сущего

В итоге вместо модификации решили сделать нового робота :)

#warning "МНОГАБУКАФФ" - не только лишь все осилят :)

хвастаюсь наверное.... но, в общем, хочется поделиться позитивом :)

первым этапом (с год назад, наверное, - разработали компоновку шасси со стандартными мотор-редукторами и колёсами. Была выбрана двухдвигательная платформа с передней опорой шасси. На этом этапе сынишка захотел сделать амортизационную переднюю стойку, сконструировал 3-4 концепта, условно работающих, но интересных :) в итоге, с небольшой моей подсказкой (точнее с наводящими вопросами) разработал финальный вариант амортизационной подвески с поворотным колесом (!) молодец, однако. Потом немного с моей помощью сконструировали поворотный узел (там реально надо было навыки моделиста чтобы сделать не заклинивающий механизм (вспомнил своё судо-авиамодельное детство :))

Потом он уже самостоятельно сконструировал и нарисовал в программе 3D моделирования PTC-CREO переднее колесо, а я его распечатал.

Все детали подвески сын сделал сам ил листовой дюральки 0,5 (разметка, вырезание, сверление, гибка, скругление острых кромок напильником и надфилями. Закрепил всё на платформе.

Итого по первому этапу приобретены и/или закреплены навыки:

1) проработка концепции и компоновки конструкции, выбор основных элементов и узлов

2) эскизное и концептуальное проектирование механизма амортизационной подвески (карандаш, линейка, бумага)

3) отработка 3-4 вариантов конструкции подвески с выбором оптимального варианта по балансу плюсов и минусов

4) работа с листовым металлом и проволокой, крепежом М3. Работа с мелким слесарным инструментом и настольным сверлильным станком (Proxxon)

5) Работа в программе 3D-соделирования PTC-CREO (там 100% сам, на самом деле он уже сделал с десяток разных моделей, так что с программой знаком), знакомство с технологиями 3D печати (наблюдал со стороны и задавал вопросы :))

6) сборка шасси из саморучно спроектированных и изготовленных компонентов, с применением инструментов.

далее перерыв почти в полгода (пока мы собирались с ним с силами продолжить :))

второй этап:

замерили режимы работы двигателей на холостом ходу и под нагрузкой, - поняли требования к силовым цепям (драйверы двигателей) и требования к основному источнику питания (АКБ) - сын посчитал исходя из энергоёмкости аккумулятора время автономной работы при нескольких сценариях, выбрал тип аккумулятора.

Далее было, изучено понятие ШИМ применительно к коллекторному двигателю постоянного тока (с целью регулировки мощности двигателя), проведено натурное моделирования с генератором сигналов и транзисторным ключом с реальным двигателем и разными нагрузками.

Затем совместно изучена схема мостового драйвера (которым можно крутить моторчик вперёд/назад :),

вспомнили работу элементарных логических вентилей и познакомились с nFET/pFET ключами.

Познакомились с понятием "сквозных токов" и методом борьбы с ними с помощью DeadTime (рисовали временные диаграммы работы ключей)

Для борьбы со "сквозняками" разработана схема задержки цифрового сигнала с использованием новой незнакомой ранее сущности - RC-цепи и триггера Шмитта (посчитаны номиналы элементов исходя из постоянной времени RC-цепи и порогов триггера Шмитта) Тут я помимо обучения новому, немного подводил к выводам, но процентов на 70 -80 сын сам справлялся :)

разработана полная схема управления - мостовой драйвер с ШИМ-управлением и аппаратным DeadTime.

Первый раз показал сыну как это работает в программе моделирования MultiSim (пришлось её поставить и настроить)

вот такой драйвер с линией задержки для DeadTime:

итог по второму этапу

1) Закреплены навыки работы с лабораторным питателем, тестером, а так же навыки "навесного монтажа" и пайки макетов. Знакомство, а кое где и повторение базовых расчётов на уровне закона Ома и прочего такого :))

2) Познакомились с прибором "функциональный генератор" и вспомнили про осциллограф (с ним тоже поработали) на "лабораторной работе" по исследованию ШИМ-регулирования

3) Познакомились с новыми схемотехническими сущностями - RC-цепь, Триггер Шмитта, линия задержки, Эмиттерный повторитель, ключ с nFET/pFET, Мостовой драйвер с присущими ему проблемами сквозных токов и методу борьбы с ними с помощью DeadTime.

4) знакомство с программой схемотехнического моделирования MultiSim (на примере исследования линии задержки и логических вентилей формирования сигналов для моста)

5) разработали отличный драйвер мотора с регулировкой скорости и направления :)

третий этап (аппетит приходит во время еды)

решили сделать кроме платы драйверов и управляющую "голову" на микроконтроллере, в итоге совместили всё на одной плате... и отказались от идеи делать её классическим способом рисования на фольгированном текстолите и травлением в хлорном железе (об этом способе, как и ЛУТе я детально сыну рассказывал).

посмотрели ограничения моста и управление по затворам по напряжению питания, - решили ставить преобразователи StepUp до 5 вольт (попутно я конечно объяснял что и для чего нужно).

Обзорно познакомились с импульсниками StepUp/StepDown.

Решили разработать более сложную плату, впихнув туда и подсистему питания, а так же ЗУ для литиевой АКБ.

Потом решили прикрутить управление фарами и звуком, ну а потом, на будущее я предложил создать задел на расширение мезонинными модулями, по типу "дурины", и мы вывели "системную шину" на разъёмы расширения :)

Потом решили воткнуть и БТ-модуль для связи с ПК и дистанционного упраления, и.... акселерометр :)

В итоге схема получилась ну о-чень сложной (учитывая, что это практически первый подобный опыт)

вот такой монстёр :( капец, и это почти первый проект, хоть и совместный (я начинал с мультивибраторов и "электронных соловьёв", ну после детекторного приёмника, разумеется :))

Решили делать плату в Резоните (просто драйвер-то хотели нарисовать/протравить сами, а тут такая монстра получилась :( ... в общем стали осваивать PCAD :)

не без моей помощи всё установили и настроили (библиотеки взяли мои рабочие, но несколько компонентов пришлось нарисовать (минимальное моё руководство и подсказки, сын всё делал практически сам, я только направлял по ключевым моментам)

Далее - объяснение (на самом деле вспомнили просто) правила начертания схем и приступили к рисованию в "схематике". Я 1-2 дня объяснял периодически непонятные моменты, дальше сын сам...

Аналогично стали осваивать PCB. При компоновке платы была реально показана важность грамотной компоновки

и что от неё на 90% зависит успех трассировки.

Сын ранее неоднократно наблюдал как я занимаюсь трассировкой, так что процесс в общих чертах представлял.

1-2 дня моих поправок и наставлений по ключевым смыслам, и процесс пошёл :)

Я реально по-минимуму вмешивался, чтобы помочь в тяжёлый местах. Сын хотел 4-слойку (привык, что я постоянно с 4-слойками работаю), но я настоял на 2-слойке. В итоге недели полторы трассировки по паре часов в день (на большее сына не хватало) и плата готова :)) По ходу дела изучался весь сопутствующий инструментарий PCAD (пункты меню, нужные утилиты и маршрут проектирования)

На финише, - вместе заказали а "личном кабинете" резонита плату :)

трассировка - почти безупречна а плата реально сложная (притом, что на 90% это работа сына, но без моих советов, понятно не обошлось :)

итог по третьему этапу:

1) концептуальное знакомство микроконтроллером и "микропроцессорной системой"

2) Обзорное знакомство с импульсными преобразователями

3) рассмотрение алгоритма заряда CC/CV для литиевого АКБ, эксперименты на лабораторном питателе с литиевой АКБ

4) "шапошное" знакомство с БТ-модулем как каналом беспроводной связи, акселерометром.

5) первое знакомство со сложной логикой (дешифраторы, мультиплексоры, параллельные и последовательные регистры), объяснение принципов их работы.

6) Обзорное знакомство с системой PCAD и понятием библиотек

7) Повторение правил рисования принципиальных схем, знакомство с программой "схематик" из PCAD и работа в ней по разработке схемы.

8) знакомство с программой PCB-редактор из комплекта "PCAD"

9) Знакомство с понятием "компоновка" платы и важностью этого этапа для успешной трассировки

10) изучение базовых функций PCB-редактора и полуавтоматическая трассировка (в Advanced-режиме)

11) Попутно изучение общих правил трассировки и важности трассировки цепей земли и питания, исключения общих контуров токов, важности блокировок конденсаторами по питанию. Изучение функционала накладывания полигонов.

четвёртый этап:

Монтаж :))

я запаял акселерометр (пипец, - даже мне было тяжело), микропроцессор (там мелкий шаг) и конвертеры питания (там тоже только фен, и микроскопические пэды на QFN-корпусах, USB-typeC (мелкие пэды и большой теплоотвод), БТ (тоже непросто из-за большого оттока тепла в полигоны), ну и светики на фарах (там ну очень плотно всё)

Остальное сын сам паял. До этого паять боялся (боялся что не получится), а вот распаивал старые платы с большим удовольствием :)) Но, "не так страшен чёрт как его малютка" :)) полчаса тренировки и дело пошло

Под хорошей вытяжкой (Weller Zero Smog) с хорошим водосмывным малоактивным флюсом ИЗАГРИ, отличным инструментом ERSA microTool с микроволной. Уже под конец первого дня запайка R0603 не вызывала вопросов :) Плата запаяна сыном (практически все элементы. Ну да, где-то не идеально, где-то излишек припоя, но он реально молодец, вспоминая себя в его возрасте - я б так не смог, наверное...

три дня неспешного монтажа (по 2-3 часа)

и вот такой получился красавЕц :) - 200 компонетов, двухсторонний монтаж

(системные коннекторы BLS24 запаяет потом, как оказалось у меня из нет, надо покупать :(

Мыли в УЗ ванночке (тоже опыт применения нового девайса :))

на следующий день начались испытания.....

установили минимальный ток на лабораторнике, подали напряжение, и... получили КЗ :(

начали смотреть схему/плату - поняли, что скорее всего косяк под акселерометром (там зазор 0,2мм), пришлось сдувать.. Мерим - опять КЗ - Стали смотреть под микроскопом (опять же опыт использования нового оборудования) - увидели микроскопическую соплю между пэдами (еле убрали тонкой иголочкой). Запаяли - ОК

Подключили программатор - проц увиделся в отладчике, подрыгали ногами, завели конвертеры, подключали фары - Отлично, - всё работает. Сын с улыбкой до ушей, в глазах неподдельный интерес (ну правда наполовину с усталостью) Тяжело всё-таки.

следующий этап (думаю денька через два начнём) - установка IDE Atmel Stusio 7 на его "инженерном ПК",

и оживление пациента :)) Там уже надо будет углубляться в программирование и знакомство со структурой МК

P.S. Я вот частенько поругиваю сына за безделье ... А сейчас посмотрел, какой мы с ним путь протопали с этим проектом, и задумался - не "перегибаю ли" ?

Реально очень большой объём знаний и навыков. Мне-то кажется, что немного, а вот сейчас вспоминаю себя в его возрасте, и понимаю, что очень много нового. Понятно, что часть без практики забудется (да и вообще, часть "в одно ухо влетело, в другое вылетело", но , тем не менее, я в его годы и четверти не знал что он знает, и даже многие вещи на первых курсах вуза были для меня незнакомы :)) Акселерация....

Не спугнуть бы интерес и тягу к технике/математике и прочим точным наукам (но я вроде не усердствую особо, мне кажется доступно и интересно всё объясняю и показываю), правда сыну частенько интереснее поиграться в комп/телефон, чем что-то поделать головой и руками. Списываю это на возраст, всё же ребёнок ещё как ни крути :) Но, кстати, игрушки ему нравятся тоже весьма неглупые - симуляторы космических аппаратов всякие, головоломки, зубодробительные квесты (недавно прошёл все MYSTы - наверное с год проходил (эпизодически, под настроение).

Ну и напоследок - вот мы с ним в нашей лаборатории (как я её называю - "инженерной берлоге" :))

Надеюсь ращу смену :)

ФуллХД - Фоты по теме по ссылке

https://cloud.mail.ru/public/nMJU/ZZn9EJYA5

кому не жалко трафика или хочется рассмотреть "под микроскопом" - вот полноразмерные

https://cloud.mail.ru/public/QkNS/p1AMs8MkV