Show page

Differences

This shows you the differences between two versions of the page.

--- pm:prj2026:bianca.popa1106:andrei_traian.dobrescu [2026/05/10 00:02]
andrei.dobrescu2402
+++ pm:prj2026:bianca.popa1106:andrei_traian.dobrescu [2026/05/27 10:34] (current)
andrei.dobrescu2402
@@ Line 55: / Line 55: @@
             |                   |     v
      +------v------+   +--------v-+ +-v-----------+
-     |  MG995 x3   |   | MG90S x2 | | Motor DC +  |
+     |  MG995 x2   |   |   MG90S  | | Motor DC +  |
      |  (Umar,     |   | (Gripper,| | Encoder     |
      |   Cot,      |   |  Mana)   | | (Yaw baza)  |
@@ Line 61: / Line 61: @@
      +-------------+
 ===== Hardware design =====
 Lista de componente:
- * ATmega328p — microcontroller principal, 1 bucata, aflat in posesia autorului.
+  * ATmega328p — microcontroller principal, 1 bucata, aflat in posesia autorului.
- * PCA9685 Servo Driver — driver PWM pe 16 canale cu interfata I2C, 1 bucata. Folosit pentru generarea semnalelor PWM catre toate servomotoarele, degrevand microcontrollerul de aceasta sarcina.
+  * PCA9685 Servo Driver — driver PWM pe 16 canale cu interfata I2C, 1 bucata. Folosit pentru generarea semnalelor PWM catre toate servomotoarele, degrevand microcontrollerul de aceasta sarcina.
-MG995 Servo — servomotor cu angrenaje metalice, 180 grade, 11 kg*cm, 3 bucati. Utilizate pentru articulatiile umarului, cotului si incheieturii.
+  * MG995 Servo — servomotor cu angrenaje metalice, 180 grade, 11 kg*cm, 3 bucati. Utilizate pentru articulatiile umarului, cotului si incheieturii.
- * MG90S Servo — servomotor miniatura cu angrenaje metalice, 2 bucati. Utilizate pentru gripper si mana.
+  * MG90S Servo — servomotor miniatura cu angrenaje metalice, 2 bucati. Utilizate pentru gripper si mana.
-Motor DC cu reductor si encoder 25GA370, 6VDC, 200RPM — 1 bucata. Folosit pentru rotatia bazei bratului pe axa yaw cu feedback de pozitie prin encoder.
+  * Motor DC cu reductor si encoder 25GA370, 6VDC, 200RPM — 1 bucata. Folosit pentru rotatia bazei bratului pe axa yaw cu feedback de pozitie prin encoder.
- * Driver motor TB6612FNG — punte H dubla, 15V, 1A, 1 bucata. Folosit pentru controlul directiei si vitezei motorului DC de la baza.
+  * Driver motor TB6612FNG — punte H dubla, 15V, 1A, 1 bucata. Folosit pentru controlul directiei si vitezei motorului DC de la baza.
- * Suport acumulatori 18650 3S — 1 bucata.
+  * Suport acumulatori 18650 3S — 1 bucata.
- * Baterie 18650 Samsung INR18650-35E, 3.6V, 3500mAh — 3 bucati, conectate in serie pentru a forma un pachet 3S de 11,1V nominal.
+  * Baterie 18650 Samsung INR18650-35E, 3.6V, 3500mAh — 3 bucati, conectate in serie pentru a forma un pachet 3S de 11,1V nominal.
- * Buck Converter XH-M401 (4-40V intrare, 1.25-36V iesire, 8A, 200W) — 1 bucata. Regleaza tensiunea pachetului de baterii la 6V pentru alimentarea servomotoarelro. Ales pentru capacitatea de curent de 8A, necesara la pornirea simultana a mai multor servomotoare.
+  * Buck Converter XH-M401 (4-40V intrare, 1.25-36V iesire, 8A, 200W) — 1 bucata. Regleaza tensiunea pachetului de baterii la 6V pentru alimentarea servomotoarelro. Ales pentru capacitatea de curent de 8A, necesara la pornirea simultana a mai multor servomotoare.
- * Regulator de tensiune LM7805 (5V, 1.5A) — 1 bucata. Alimenteaza microcontrollerul ATmega328p si logica digitala la 5V stabili, plasat dupa buck converter.
+  * Regulator de tensiune LM7805 (5V, 1.5A) — 1 bucata. Alimenteaza microcontrollerul ATmega328p si logica digitala la 5V stabili, plasat dupa buck converter.
- * BMS 3S, 12V, 10A — 1 bucata. Asigura protectia pachetului de baterii la supradescarcare, supradescarcare si scurtcircuit.
+  * BMS 3S, 12V, 10A — 1 bucata. Asigura protectia pachetului de baterii la supradescarcare, supradescarcare si scurtcircuit.
- * Modul incarcare 3S cu balansare, USB Type-C — 1 bucata. Permite incarcarea in siguranta a pachetului 3S direct prin conector USB Type-C.
+  * Modul incarcare 3S cu balansare, USB Type-C — 1 bucata. Permite incarcarea in siguranta a pachetului 3S direct prin conector USB Type-C.
- * Modul Bluetooth HC-05 — 1 bucata. Asigura comunicatia wireless cu un dispozitiv extern prin UART, permitand transmiterea comenzilor de pozitie catre microcontroller.
+  * Modul Bluetooth HC-05 — 1 bucata. Asigura comunicatia wireless cu un dispozitiv extern prin UART, permitand transmiterea comenzilor de pozitie catre microcontroller.
- * Breadboard 400 puncte — 2 bucati. Utilizate pentru prototiparea circuitelor de control si conexiunile electronice.
+  * Breadboard 400 puncte — 2 bucati. Utilizate pentru prototiparea circuitelor de control si conexiunile electronice.
- * Componente mecanice
+  * Componente mecanice
+===== Software Design =====
+==== Mediu de dezvoltare ====
+Firmware-ul a fost dezvoltat in **PlatformIO**, rulat in interiorul editorului
+**Visual Studio Code**, folosind **framework-ul Arduino** pentru ATmega328p.
+PlatformIO a fost ales dupa incercari initiale cu Arduino IDE, care a intampinat
+dificultati repetate in comunicarea cu programatorul mEDBG integrat.
+Configuratia ''platformio.ini'' folosita:
+<code ini>
+[env:ATmega328P_Xplained_Mini]
+platform = atmelavr
+board = ATmega328P_Xplained_Mini
+framework = arduino
+upload_protocol = xplainedmini
+lib_deps =
+    arduino-libraries/Servo
+</code>
+==== Biblioteci si surse 3rd-party ====
+  * **Arduino core for AVR** - ofera ''Serial'', ''digitalWrite'',
+    ''analogWrite'', ''pinMode'' si primitivele de temporizare.
+  * **Servo** (''arduino-libraries/Servo'') - genereaza semnalul PWM de 50 Hz
+    pentru comanda servomotoarelor. Biblioteca foloseste Timer1 pentru a produce
+    trenul de impulsuri, permitand comanda servomotoarelor direct de la pinii
+    GPIO ai microcontrollerului.
+==== Periferice si resurse utilizate ====
+  * **UART** - comunicatia cu modulul Bluetooth HC-05 la 9600 baud.
+  * **Timer1** - utilizat intern de biblioteca Servo pentru generarea
+    impulsurilor de comanda a servomotoarelor.
+  * **Timer0** - utilizat de ''analogWrite()'' pentru generarea semnalului PWM
+    de viteza catre driverul de motor.
+  * **GPIO** - liniile de directie si standby pentru TB6612FNG, precum si
+    liniile de semnal pentru servomotoare.
+  * **Intreruperi externe INT0/INT1** (pinii PD2/PD3) - rezervate pentru citirea
+    encoderului in cuadratura al motorului de la baza.
+==== Algoritmi si implementare ====
+Firmware-ul implementeaza un **interpretor de comenzi in bucla deschisa**.
+Comenzile sunt primite pe UART (de la HC-05) sub forma ''<litera><valoare>'':
+^ Comanda ^ Tinta ^ Interval valoare ^
+| s | Servo umar | 0 - 180 (grade) |
+| e | Servo cot | 0 - 180 (grade) |
+| c | Servo gripper | 0 - 180 (grade) |
+| y | Motor DC yaw | -255 .. 255 (PWM cu semn) |
+**Interpretarea comenzilor.** Bucla principala asambleaza caracterele primite
+intr-un buffer pana cand fie se primeste un terminator de linie, fie expira un
+scurt timeout intre caractere. Acest mecanism face interpretorul robust
+indiferent daca terminalul adauga sau nu un caracter de linie noua. Sirul
+complet este transmis functiei ''processCommand()'', care extrage litera
+articulatiei si valoarea intreaga cu ''atoi()''.
+**Comanda servomotoarelor.** Fiecare articulatie este reprezentata de un obiect
+''Servo'' atasat pinului sau de semnal. O comanda scrie direct unghiul cerut
+prin ''Servo::write()''. Pozitia comandata este mentinuta timp de o secunda
+inainte de procesarea urmatoarei comenzi.
+**Comanda motorului DC.** Motorul de la baza (yaw) este comandat prin puntea H
+TB6612FNG:
+  * ''applyMotor(speed)'' seteaza pinii de directie (AIN1/AIN2) si factorul de
+    umplere PWM (PWMA) in functie de semnul si modulul valorii ''speed''.
+  * ''setMotorSpeed(target)'' realizeaza o **rampa controlata** de viteza.
+    Datasheet-ul motorului avertizeaza ca schimbarea sensului de rotatie in timp
+    ce motorul este inca in miscare il poate defecta; de aceea functia coboara
+    intotdeauna viteza pana la zero, face o pauza, si abia apoi creste viteza in
+    noul sens. Astfel se evita varful mare de curent asociat inversarii bruste
+    de sens.
+**Functii implementate:**
+  * ''applyMotor(int speed)'' - driver de nivel jos pentru puntea H.
+  * ''setMotorSpeed(int target)'' - control de viteza cu rampa, sigur pentru
+    motor.
+  * ''processCommand(const char *cmd)'' - interpreteaza o comanda si actioneaza
+    articulatia corespunzatoare.
+  * ''setup()'' - initializeaza UART, obiectele Servo si pinii de comanda ai
+    motorului.
+  * ''loop()'' - memoreaza intr-un buffer datele primite pe UART si dispeceriza
+    comenzile complete.
+===== Rezultate Obtinute =====
+  * Cele trei articulatii cu servomotor (umar, cot, gripper) pot fi pozitionate
+    individual prin comenzi seriale.
+  * Motorul DC de la baza poate fi actionat in ambele sensuri, cu viteza
+    reglabila, prin driverul TB6612FNG, cu o accelerare in rampa care protejeaza
+    motorul la schimbarile de sens.
+  * Controlul wireless a fost realizat: comenzile trimise dintr-o aplicatie de
+    terminal Bluetooth de pe telefon sunt primite de ATmega328p prin modulul
+    HC-05 si actioneaza corect articulatiile.
+  * Subsistemul de alimentare (pachet 3S 18650, BMS, buck converter si modul de
+    incarcare USB-C) a fost asamblat si validat.
+    ===== Concluzii =====
+Proiectul a demonstrat integrarea mai multor tipuri de actuatoare -
+servomotoare hobby si un motor DC cu reductor si encoder - intr-un singur
+sistem embedded controlat wireless.
+Cele mai valoroase lectii au venit din partile proiectului care nu au tinut
+strict de software:
+ **Lant de instrumente (toolchain).**
+    Trecerea de la Arduino IDE la
+    PlatformIO a eliminat o categorie larga de probleme legate de programator si
+    drivere ale placii Xplained Mini.
+ **Electronica de putere.**
+    Rutarea corecta a modulului de incarcare, a
+    BMS-ului si a buck converterului este critica: incarcatorul trebuie conectat
+    direct la bornele bateriilor, iar masele de semnal si cele de curent mare
+    trebuie sa se intalneasca intr-un singur punct stea.
+ **Particularitatile placii.**
+    Placa ATmega328p Xplained Mini nu dispune de
+    un pin VIN regulat de tip Arduino - alimentarea externa trebuie furnizata
+    direct pe linia VCC.
+ **Adaptarea nivelelor logice.**
+    Un simplu divizor rezistiv pe linia RX a
+    modulului HC-05 s-a dovedit a fi la limita in practica; un translator de
+    nivel logic dedicat este solutia mai fiabila.
+Posibile imbunatatiri viitoare includ controlul in bucla inchisa al bazei
+folosind feedback-ul de la encoder, inlocuirea cablajului pe breadboard cu un
+cablaj imprimat dedicat si adaugarea cinematicii inverse, astfel incat bratul sa
+poata fi comandat in coordonate carteziene.