Elektroniczny kompas.pdf

P R O J E K T Y

Elektroniczny kompas

kit AVT-315

Kompasy elektroniczne nie

s¹ nowoci¹ na rynku

elektroniki u¿ytkowej. S¹ to

jednak urz¹dzenia niezwykle

drogie i jednoczenie bardzo

precyzyjne. Dobre parametry

pomiaru udawa³o siê uzyskaæ

dziêki stosowaniu

rozbudowanych mechanicznie,

i przez to ciê¿kich, czujników

¿yroskopowych.

Sytuacja z punktu widzenia

elektroników-amatorów uleg³a

poprawie dopiero niedawno,

gdy kilka firm og³osi³o

jednoczenie, ¿e rozpoczynaj¹

produkcjê prostych i tanich

czujników do prostych

kompasów elektronicznych.

W artykule przedstawiamy kon-

strukcjê niezwykle prostego kom-

pasu, w którym wykorzystano pros-

ty czujnik pola magnetycznego op-

racowany przez szwajcarsk¹ firmê

Pewatron. Czujnik ten charaktery-

zuje siê du¿¹ czu³oci¹ i odporno-

ci¹ na udary. Do poprawnej pra-

cy wymaga niestety precyzyjnego

poziomowania! Nale¿y o tym pa-

miêtaæ w czasie eksploatacji, po-

niewa¿ wyniki silnie zale¿¹ od

pozycji w jakiej pracuje czujnik.

Drug¹ rzecz¹, o której nale¿y pa-

miêtaæ, jest unikanie pomiarów

w pobli¿u silnych pól magne-

tycznych i elektromagnetycznych,

a tak¿e w pobli¿u du¿ych obiektów

metalowych.

Ograniczenia, o których tutaj

wspominany, s¹ identyczne w przy-

padku standardowych kompasów

z ig³¹ magnetyczn¹. Sygnalizujemy

je tylko po to, aby uzmys³o-

wiæ potencjalnym wykonaw-

com kompasu elektronicznego,

¿e wykorzystywanie tego urz¹-

dzenia w warunkach tereno-

wych wymaga nieco uwagi od

u¿ytkownika. Nale¿y tak¿e pa-

miêtaæ, ¿e ze wzglêdu na pros-

t¹ konstrukcjê zastosowanego

czujnika rozdzielczoæ pomia-

ru jest niewielka - kompas po-

kazuje kierunki ró¿ni¹ce siê

miêdzy sob¹ o min. 45 o .

Opis uk³adu

Schemat elektryczny kompasu

przedstawiono na rys.1 . Jak widaæ

jego budowa jest niezwykle prosta.

Uk³ad US3 (czujnik typu 6945)

spe³nia najwa¿niejsz¹ w kompasie

rolê - wykrywa po³o¿enie pó³noc-

nego bieguna Ziemi i informuje

o tym dekoder US2 przy pomocy

czterech wyjæ cyfrowych. Kon-

struktorzy uk³adu przyjêli, ¿e wska-

zanie kierunku odbywa siê poprzez

podanie na wyjcie okrelaj¹ce go

stanu logicznego 0. W przypad-

ku, gdy kierunek wskazywany le-

¿y pomiêdzy czterema podstawo-

wymi kierunkami geograficznymi:

pó³noc (ang. North), po³udnie (ang.

South), wschód (ang. East) i zachód

(ang. West) logiczne 0 pojawiaj¹

siê na dwóch wyjciach jednocze-

nie. W przypadku kierunku po³u-

dniowy-wschód zera pojawi¹ siê na

Parametry kompasu

Tabela1. Dopuszczalne kombinacje stanów

logicznych na wyjciach czujnika US3.

N W E S N NE E SE S SW W NW

011101111111

010110111111

110111011111

110011101111

111011110111

101011111011

101111111101

001111111110

N -NORTH W - WEST E - EAST S - SOUTH

rozdzielczoæ pomiaru: 45 o ,

iloæ wskazywanych kierunków: 8 (N, S,

E, W, N-E, N-W, S-E, S-W),

zasilanie: 9V (bateria),

pobór pr¹du: 10mA,

bezw³adnoæ czujnika: ok. 2 sek.

Elektronika Praktyczna 1/97

Elektroniczny kompas

Elektroniczny kompas

Rys. 1. Schemat elektryczny kompasu.

wyjciach S i E, a w przypadku kie-

runku pó³nocny-wschód zera zna-

jd¹ siê na wyjciach N i E. W tab.1

znajduje siê zestawienie wszystkich

mo¿liwych kombinacji stanów lo-

gicznych na wyjciach US3.

Poniewa¿ wyjcia czujnika US3

s¹ typu otwarty dren, to koniecz-

ne jest stosowanie rezystorów

podci¹gaj¹cych wejcia

dekodera do plusa zasi-

lania (najczêciej +5V).

Poniewa¿ w opisywa-

nym kompasie jako

dekoder zastosowa-

ny zosta³

uk³ad

GAL16V8 z wewnêt-

rznymi obwodami

podwieszaj¹cymiwejcia,tomo¿-

liwe by³o zrezygnowanie ze stoso-

wania dodatkowych rezystorów.

Autor zdecydowa³ siê na zastoso-

wanie jako dekodera prostego uk³a-

du PLD, poniewa¿ konstrukcja kom-

pasu zosta³a znacznie uproszczona

w stosunku do rozwi¹zañ standar-

dowych. Ta pozorna komplikacja

wynika z nieregularnego roz-

k³adu stanów na wyjciu

czujnika US3. Wyró¿-

niono tylko osiem

kombinacjistanówlo-

gicznych na wy-

jciach,

ale s¹

onetakroz³o¿one,¿e

pokrywaj¹ niemal ca-

³y zakres wynikaj¹cy

z liczby wyjæ.

Dziêki wykorzystaniu no-

woczesnej wersji uk³adu

GAL16V8Z uda³o siê ograniczyæ

skomplikowanie uk³adu oraz pobór

mocy do tego stopnia, ¿e mo¿liwa

jest niezawodna praca w terenie

z zasilaniem bateryjnym.

Na list.1 przedstawiono opis de-

kodera w jêzyku CUPL, który po

kompilacji umo¿liwi³ programowa-

nie uk³adu US2. Jak widaæ opis

jest bardzo prosty - pole nazwane

INPUTS okrela stan wyjæ czujni-

ka US3, natomiast pole AZIMUTH

okrela przypisane im stany wyjæ.

Na rys.2 przedstawiono oznacze-

nia wyprowadzeñ dekodera US2.

Stanem aktywnym wyjæ deko-

dera jest 0 logiczne, co powodu-

je, ¿e diody wiec¹ce D1..8 wska-

zuj¹ce azymut s¹ do³¹czone do

wyjæ katodami. Anody wszystkich

diod po³¹czone s¹ razem i do³¹czo-

ne do plusa zasilania poprzez re-

zystor ograniczaj¹cy pr¹d R1.

Dekoder US2 oraz diody LED

D1..8 s¹ zasilane napiêciem 5V

z wyjcia stabilizatora US1. Czuj-

nik pola US3 jest zasilany bezpo-

rednio z baterii, poniewa¿ do po-

prawnej pracy wymagane napiêcie

zasilania powinno byæ wiêksze od

6V. Dioda D9 zabezpiecza uk³ad

przed mo¿liwoci¹ uszkodzenia wy-

wo³anego odwrotnym pod³¹czeniem

baterii zasilaj¹cej. W³¹cznik Sw1

spe³nia podwójn¹ rolê: w³¹cza za-

silanie ca³ego uk³adu i jednocze-

nie inicjuje pomiar azymutu.

Na rys.3 przedstawiono widok

czujnika pola typu 6945 wraz z je-

Listing 1.

NAME compass;

REV 1.1;

DESIGNER Piotr Zbysinski;

DEVICE G16V8;

/*INPUTS*/

pin 1 = EAST;

pin 3 = SOUTH;

pin 6 = WEST;

pin 9 = NORTH;

/*OUTPUTS*/

pin [12..19] = [NE,E,SE,S,SW,W,NW,N];

/* LOGIC EQUATIONS */

field INPUTS = [NORTH,WEST,EAST,SOUTH];

field AZIMUTH = [N,NE,E,SE,S,SW,W,NW];

table INPUTS => AZIMUTH {

b0111 => b01111111;

b0101 => b10111111;

b1101 => b11011111;

b1100 => b11101111;

b1110 => b11110111;

b1010 => b11111011;

b1011 => b11111101;

b0011 => b11111110;

}

Rys. 3. Wymiary i uk³ad

wyprowadzeñ czujnika.

Elektronika Praktyczna 1/97

Elektroniczny kompas

______________

| compass |

EAST x|1 20|x Vcc

x|2 19|x N

NORTH x|3 18|x NW

x|4 17|x W

x|5 16|x SW

WEST x|6 15|x S

x|7 14|x SE

x|8 13|x E

SOUTH x|9 12|x NE

GND x|10 11|x

|______________|

ci¹g³ymi, co u³at-

wia ich identyfi-

kacjê i monta¿.

Monta¿ ele-

mentów nale¿y

przeprowadziæwe-

d³ugtypowychza-

leceñ,wiêcejuwa-

gi wymaga tylko

wlutowanie czuj-

nika pola magne-

tycznego US3. Jest

to spowodowane

dwoma czynnika-

mi:

- du¿¹ liczb¹ wy-

prowadzeñ (12),

które nale¿y jed-

noczenie w³o¿yæ

w otwory lutow-

nicze;

- koniecznoci¹ ograniczenia czasu

i temperatury lutowania. Ograni-

czenie to jest spowodowane za-

stosowaniem jako detektorów po-

³o¿enia czujnika magnetycznego

struktur Halla, które s¹ niezwyk-

le czu³e na przeci¹¿enia termicz-

ne.

Diody wiec¹ce LED montujemy

na koñcu, po wywierceniu otwo-

rów w górnej czêci obudowy.

P³ytkê drukowan¹ zaprojektowa-

no w taki sposób, aby maksymal-

nie uprociæ jej monta¿ w obudo-

wie plastykowej KM-33B. Obudo-

wa ta jest wyposa¿ona w przegród-

kê z klapk¹ dla baterii 9V 6F22.

Je¿eli konstruktor zdecyduje siê na

wykorzystanie tej obudowy, to bê-

dzie musia³ wykonaæ w jej wierz-

chniej czêci otwory na diody LED

oraz jeden otwór w bocznej czêci

obudowy, który bêdzie s³u¿y³ do

przykrêcenia w³¹cznika Sw1.

Ogromn¹ pomoc¹ w wykonaniu ot-

worów w obudowie bêdzie wzornik

wydrukowany na wk³adce wewn¹trz

numeru, na którym dok³adnie za-

znaczono rozmieszczenie diod.

Wiercenie tych otworów nale¿y

rozpocz¹æ od wykonania dwóch ot-

worów przelotowych o rednicy

0.8..1mm w osi przeciwleg³ych ko³-

ków, s³u¿¹cych do skrêcania obu-

dowy. Nastêpnie wycinamy wzor-

nik z wk³adki i przy pomocy szpi-

lek mocujemy go w odpowiednich,

dla ka¿dego rogu, otworach. Mo¿e-

my teraz rozpocz¹æ wiercenie otwo-

rów o rednicy ok. 5mm (zale¿nie

od typu diod) pod diody.

Teraz mo¿emy rozpocz¹æ mon-

ta¿ diod wiec¹cych: wk³adamy je

najpierw w otwory w p³ytce druko-

Rys. 2. Oznaczenie wyprowadzeñ

dekodera US2.

go wymiarami. Na rysunku tym

oznaczono kolejnoæ wyprowadzeñ

i polaryzacjê magnetyczn¹ czujni-

ka zgodnie z zaleceniami produ-

centa. Jak okaza³o siê w prakty-

ce, czujnik ten nie ma okrelo-

nej orientacji magnetycznej, co

oznacza, ¿e mo¿liwe jest zamon-

towanie go na p³ytce drukowa-

nej w sposób dowolny - wa¿ne

jest tylko, aby jego o by³a ide-

alnie prostopad³a do pod³o¿a.

Kierunki jakie zosta³y zaznaczone

na rys.3 wynikaj¹ tylko z oznaczo-

nego na obudowie czujnika kierun-

ku NORTH.

Rys. 4. Rozmieszczenie elementów na p³ytce

drukowanej.

wanej (nie lutuj¹c!), przyk³adamy

p³ytkê do wsporników dystanso-

wych górnej czêci obudowy i k³a-

dziemy j¹ poziomo na powierzchni

sto³u monta¿owego. Kolejno wszys-

tkie diody ustawiamy tak, aby ich

soczewki wystawa³y przez otwory

wykonane uprzednio w obudowie.

Po równym u³o¿eniu wszystkich

diod mo¿emy je przylutowaæ i ob-

ci¹æ zbyt d³ugie koñcówki.

Ostatnim etapem monta¿u jest

wlutowanie w otwory na p³ytce

przewodów prowadz¹cych do

w³¹cznika i do baterii. Poniewa¿

przewidziano, ¿e uk³ad ten bêdzie

zasilany z baterii 9V, która jest wy-

posa¿ona w sprê¿yste zaciski, to

warto jest zastosowaæ specjalny ada-

pter z przewodami, który pozwala

na ³atwe i szybkie od³¹czanie bate-

rii. Na rys.5 przedstawiony zosta³

sposób monta¿u tych przewodów.

Warto je wzmocniæ kawa³kiem dru-

tu srebrzonego lub zwyk³ego drutu

z miedzi. Znacznie zwiêkszy to

trwa³oæ uk³adu.

Piotr Zbysiñski, AVT

Monta¿ i uruchomienie

Na rys.4 przedstawiono roz-

mieszczenie elementów na p³ytce

drukowanej. Widok p³ytki znajdu-

je siê na wk³adce wewn¹trz nume-

ru.

Ze wzglêdu na prostotê kon-

strukcji, p³ytkê zaprojektowano ja-

ko jednostronn¹, co spowodowa³o

niestety koniecznoæ zastosowania

kilku zwór. Zaznaczono je na p³yt-

ce drukowanej grubymi liniami

WYKAZ ELEMENTÓW

Rezystory

R1: 680

F/16V

C2, C5: 47

F/16V

C3, C4: 100nF

Pó³przewodniki

US1: 78L05

US2: GAL16V8Z - zaprogramowany

US3: czujnik pola magnetycznego

6945

D1, D2, D3, D4, D5, D6, D7, D8:

LED okr¹g³e

5mm

D9: 1N4001

Ró¿ne

Sw1: Przycisk chwilowy

Klips do baterii 9V

Bateria 9V z klipsem (nie wchodzi

w sk³ad kitu)

Obudowa KM-33B

Rys. 5. Sposób umocowania

przewodu ³¹cz¹cego bateriê

z uk³adem.

Elektronika Praktyczna 1/97

Kondensatory

C1: 10

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: