Mikrokontrollerikitit - väliraportti

Transkriptio

1 Mikrokontrollerikitit - väliraportti AS Automaatio- ja systeemitekniikan projektityöt Hannu Leppinen 78673R Petri Niemelä Markus Peltola 84765H

2 Työn kuvaus Projektityön tarkoituksena on koota mikrokontrollerikittejä, jotka mahdollistavat erilaisten sensorien ja toimilaitteiden helpon ja nopean kytkemisen Teensy-mikrokontrolleriin. Projektityön alussa kitteihin on olemassa alustavat suunnitelmat ja jonkin verran hankittuja komponentteja. Projektityön puitteissa suunnitellaan ja valmistetaan piirilevyt ja kolvataan niihin komponentit, sekä toteutetaan demo joka testaa kittien toimivuutta. Työn kuvaus on pysynyt entisellään, tosin demoja saatetaan toteuttaa enemmän kuin yksi riippuen aikataulusta. Työn lopputulos Työn lopputuloksena on tarkoitus tehdä 4-6 toimivaa mikrokontrollerikittiä, sekä riittävän hyvä dokumentaatio, joka mahdollistaa kittien käyttämisen opetuksessa sekä lisäkittien rakentamisen. Työn tavoite on ennallaan. Suunnitelma Piirilevyt on tehtävä sekä itse mikrokontrollerille että moduuleille. Moduuleja on mikrokontrollerimoduuli + 7. Päämoduuli: Mikrokontrollerilevy jossa LED 8 painikkeen valmismoduuli LCD-moduuli Lisämoduuli 1: Näppäinmatriisi (valmis moduuli) Lisämoduuli 2: A/D-testaus- ja haaroitinlauta potentiometreillä (valmis moduuli) Lisämoduuli 3: Etäisyysmittaus Lisämoduuli 4: Servomoottorilevy Lisämoduuli 6: Kiihtyvyys- ja gyroskooppianturit (pro-optio) * Lisämoduuli 7: ZigBee-radio (pro-optio) * *) Toteutetaan aikataulun salliessa Päämoduuliin tarvitsee toteuttaa mikrokontrollerin sisältävä pää-pcb sekä LCD-PCB. Näiden

3 lisäksi toteutetaan etäisyysmittaus- ja moottoriohjaus-pcb:t. Muut perustason levyt ovat valmiita. Itse toteutettavia PCB:eitä on siis 4 kpl. Prototyyppiversiot valmistetaan itse, ja lopulliset tilataan ulkopuoliselta toimittajalta valmistustyön säästämiseksi. Riskit ja varasuunnitelmat Riski #1: Kiire, sairastumiset, ajan loppuminen ja laiskuus Pyritään pitämään kiinni välitavoitteista, joilla pyritään estämään töiden kasautumista projektin loppumetreille, sekä riittävään väljyyteen aikatauluissa. Tarvittaessa loppudemojen laajuutta karsitaan. Riski #2: Erinäiset suunnitteluvirheet mm. piirilevyissä Useampaan piirilevyiteraatioon projektin puitteissa ei välttämättä löydy aikaa. Pyritään kokeilemaan eri kytkentöjä koekytkentälevyillä ennen varsinaisen piirilevyn valmistusta. Riski #3: Piirilevyjen valmistusongelmista johtuva työn viivästyminen Piirilevyjen valmistus on ehdottomasti projektin kriittisin vaihe, jonka onnistumista olisi hyvä pyrkiä painottamaan mahdollisimman paljon. Tutkitaan projektin alussa mahdollisuutta alkaa suunnittelemaan demoja koekytkentälevyillä. Riski #4: Tekniset ongelmat Komponentteja hajoaa tai fyysinen yhteensovittaminen ei onnistukaan oletetulla tavalla. Riskit ovat periaatteessa ennallaan, mutta koska projekti etenee aikataulussa, niiden suuruus on vähentynyt. Työnjako ja aikataulu Projektityö on mitoitettu 3 opiskelijalle 5 opintopisteen laajuiseksi, mikä vastaa 130 tuntia henkilöä kohden. Työtä pyritään tekemään ryhmätyönä joko fyysisellä tai virtuaalisella läsnäololla (IRC). Arvio projektin ajankäytöstä: 1. Suunnitelmademoon valmistautuminen, alustava kittien ja demon suunnittelu ja materiaalien kokoaminen 10h 2. Piirilevyjen suunnittelu 20 h

4 Piirilevyjen valmistus 25 h Väliraporttiin valmistautuminen 5h Piirilevyjen kolvaus 25 h Demojen tarkempi suunnittelu 10 h Demojen toteutus (ja kittien testaus) 25 h Loppudemoon valmistautuminen, dokumentointi ja viimeistely 10 h Yhteensä: ~130 h Pääasiallinen ryhmätyötapa on viikottainen tapaaminen keskiviikkoisin. Useampia tapaamisia voidaan järjestää tarvittaessa. Lisäksi kukin tekee omalla tahollaan pienempiä työtehtäviä, ja kommunikointi hoidetaan IRC:n välityksellä. Prototyyppipiirilevyt saatiin valmistettua väliraporttiin mennessä. Myös osa komponenteista ehdittiin kolvaamaan kiinni. Loppujen komponenttien kolvaus prototyyppeihin tapahtuu vasta väliraportin jälkeen. Kuvissa 1, 2 ja 3 on esitetty piirilevyvalmistuksen työvaiheita. Kuva 1. Maskien teippailua piirilevyjen valotusta varten.

5 Kuva 2. Syövytettyjä levyjä. Kuva 3. Piirilevyihin porattiin reiät komponentteja varten.

6 Kuva 4. LCD-PCB:n toimivuutta kokeiltiin Arduinolla. Kuvan johto käyttää samaa liitintä kuin tulee olemaan lopullisissa kiteissä. Kuva 5. Moottoriohjain saatiin pyörittämään rengasta.

7 Työnjako: Suunniteltu työnjako oli: Piirilevysuunnittelu: Petri ja Markus Esitestaus: Markus Kokoonpano: yhteisesti Demot: Hannu, Petri Dokumentointi: yhteisesti Suunnitellussa työnjaossa eri työvaiheita oli jaettu eri ihmisille, mutta käytännössä kaikki ryhmäläiset osallistuvat kaikkiin työvaiheisiin. Vastuuta on nyttemmin jaettu toteutettavien PCB:eiden perusteella. Pää-PCB (mikrokontrolleri): Petri Moottoriohjain-PCB: Markus Analogi-PCB: Hannu LCD-PCB: Hannu Väliraporttiin mennessä kaikki ryhmäläiset olivat osallistuneet yhtä suurella työpanoksella piirilevysuunnitteluun ja piirilevyjen valmistukseen. Yllä mainitut levyt suunniteltiin ja toteutettiin yhteistyöllä. Tilanne väliraporttiin mennessä Peruskitteihin tarvittavat neljä PCB:tä on suunniteltu ja valmistettu, ja osa komponenteista on kolvattu kiinni. Loppujen komponenttien kolvaus on vuorossa seuraavaksi. Prototyyppeihin tarvittavat komponentit ovat olemassa tai saatavilla TUASin elektroniikkahuoneesta, mutta lopulliseen kuuden kitin erään joutunee tekemään lisätilauksen.