AUGU ROBOTS: 10 soļi

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:56

Ikvienam patīk, ja mājās ir augi, bet dažreiz ar savu aizņemto dzīvi mēs neatrodam laiku, lai par tiem labi rūpētos. No šīs problēmas mums radās ideja: Kāpēc neuzbūvēt robotu, kas par mums parūpētos?

Šis projekts sastāv no augu robota, kas rūpējas par sevi. Iekārta ir integrēta robotā un spēs laistīties un atrast gaismu, izvairoties no šķēršļiem. Tas ir bijis iespējams, izmantojot vairākus robota un iekārtas sensorus. Šīs pamācības mērķis ir palīdzēt jums izveidot augu robotu, lai jums nebūtu jāuztraucas par saviem augiem katru dienu!

Šis projekts ir daļa no Bruface Mechatronics, un to ir realizējis:

Mercedes Arévalo Suárez

Daniels Blankess

Baudouin Cornelis

Kaats Leemans

Markoss Martiness Džimess

Basile Thisse

(4. grupa)

1. darbība: Iepirkšanās saraksts

Šeit ir saraksts ar katru produktu, kas jums būs nepieciešams, lai izveidotu šo robotu. Katram pasvītrotajam gabalam ir pieejama saite:

3D drukāti motori atbalsta X1 (kopēt 3D formātā)

3D drukāti riteņi + riteņa-motora savienojums X2 (kopēt 3D formātā)

AA Nimh baterijas X8

Abrazīvā papīra rullītis X1

Arduino Mega X1

Lodveida ritentiņa ritenis X1

Akumulatora turētājs X2

Maizes dēlis testiem X1

Maizes dēlis līdz lodēšanai X1

Līdzstrāvas motori (ar kodētāju) X2

Eņģes X2

Higrometrs X1

No gaismas atkarīgi rezistori X3

Džemperi vīriešiem-vīriešiem un vīriešiem-sievietēm

Motora vairogs X1

Augs X1 (tas ir atkarīgs no jums)

Augu pods X1

Augu atbalsts X1 (3D drukāts)

Plastmasas caurule X1

Dažādu vērtību rezistori

Ieskrāpēt papīru X1

Skrūves

Sharp sensori X3 (GP2Y0A21YK0F 10-80 cm)

Slēdzis X1

Ūdens sūknis X1

Ūdens rezervuāra tvertne (maza Tupperware) X1

Vadi

Lūdzu, ņemiet vērā, ka šīs izvēles ir saistītas ar laika un budžeta ierobežojumiem (3 mēneši un 200 €). Citas izvēles var izdarīt pēc saviem ieskatiem.

DAŽĀDU IZVĒLES Skaidrojums

Arduino Mega pār Arduino Uno: Pirmkārt, mums vajadzētu arī izskaidrot iemeslu, kāpēc mēs vispār esam izmantojuši Arduino. Arduino ir atvērtā koda elektroniskā prototipu veidošanas platforma, kas lietotājiem ļauj izveidot interaktīvus elektroniskus objektus. Tas ir ļoti populārs gan ekspertu, gan iesācēju vidū, kas palīdz atrast daudz informācijas par to internetā. Tas var noderēt, ja rodas problēmas ar jūsu projektu. Mēs izvēlējāmies Arduino Mega, nevis Uno, jo tam ir vairāk tapas. Patiesībā sensoru skaitam, ko izmantojam, Uno nepiedāvāja pietiekami daudz tapas. Mega ir arī jaudīgāka un varētu būt noderīga, ja pievienosim dažus uzlabojumus, piemēram, WIFI moduli.

Nimh baterijas: Pirmā ideja bija izmantot LiPo baterijas, piemēram, daudzos robotu projektos. LiPo ir labs izlādes ātrums un tie ir viegli uzlādējami. Bet mēs drīz sapratām, ka LiPo un lādētājs ir pārāk dārgi. Vienīgās citas šim projektam piemērotas baterijas, kurās ir Nimh. Patiešām, tie ir lēti, uzlādējami un viegli. Lai darbinātu motoru, mums būs nepieciešami 8 no tiem, lai sasniegtu barošanas spriegumu no 9,6 V (izlādējies) līdz 12 V (pilnībā uzlādēts).

Līdzstrāvas motori ar kodētājiem: Ņemot vērā šī izpildmehānisma galveno mērķi nodrošināt riteņu rotācijas enerģiju, mēs izvēlējāmies divus līdzstrāvas motorus, nevis servomotorus, kuriem ir ierobežots griešanās leņķis un kuri ir paredzēti specifiskākiem uzdevumiem, kad ir jānosaka stāvoklis precīzi. Fakts, ka ir kodētāji, palielina nepieciešamības gadījumā arī lielāku precizitāti. Ņemiet vērā, ka mēs beidzot neizmantojām kodētājus, jo sapratām, ka motori ir diezgan līdzīgi, un mums nebija vajadzīgs, lai robots precīzi ievērotu taisnu līniju.

Tirgū ir daudz līdzstrāvas motoru, un mēs meklējām tādu, kas atbilstu mūsu budžetam un robotam. Lai apmierinātu šos ierobežojumus, divi svarīgi parametri palīdzēja mums izvēlēties motoru: griezes moments, kas nepieciešams robota pārvietošanai, un robota ātrums (lai atrastu vajadzīgos apgriezienus minūtē).

1) Aprēķiniet apgriezienu skaitu minūtē

Šim robotam nevajadzēs pārkāpt skaņas barjeru. Lai sekotu gaismai vai sekotu kādam mājā, ātrums 1 m/s vai 3,6 km/h šķiet saprātīgs. Lai to pārvērstu apgriezienos, mēs izmantojam riteņu diametru: 9 cm. Apgriezienu skaitu nosaka šādi: rpm = (60*ātrums (m/s))/(2*pi*r) = (60*1)/(2*pi*0,045) = 212 apgr./min.

2) Aprēķiniet nepieciešamo maksimālo griezes momentu

Tā kā šis robots attīstīsies līdzenā vidē, maksimālais nepieciešamais griezes moments ir tāds, lai sāktu robota kustību. Ja mēs uzskatām, ka robota svars kopā ar iekārtu un katru sastāvdaļu ir aptuveni 3 kilogrami un, izmantojot berzes spēkus starp riteņiem un zemi, mēs varam viegli atrast griezes momentu. Ņemot vērā berzes koeficientu 1 starp zemi un riteņiem: Berzes spēki (Fr) = berzes koeficients. * N (kur N ir robota svars) dod mums Fr = 1 * 3 * 10 = 30 N. Katra motora griezes momentu var atrast šādi: T = (Fr * r)/2 kur r ir riteņu rādiuss tātad T = (30*0,045)/2 = 0,675 Nm = 6,88 kg cm.

Šīs ir mūsu izvēlētā motora īpašības: pie 6V 175 apgr./min un 4 kg cm pie 12V 350 apgriezieniem minūtē un 8 kg cm. Zinot, ka tas tiks darbināts no 9,6 līdz 12 V, veicot lineāru interpolāciju, skaidri redzams, ka iepriekš minētie ierobežojumi tiks izpildīti.

Gaismas sensori: Mēs izvēlējāmies no gaismas atkarīgus rezistorus (LDR), jo to pretestība strauji mainās atkarībā no gaismas un LDR spriegumu var viegli izmērīt, pielietojot nemainīgu spriegumu sprieguma dalītājam, kas satur LDR.

Asie sensori: tos izmanto, lai izvairītos no šķēršļiem. Asu attālumu sensori ir lēti un viegli lietojami, padarot tos par populāru objektu noteikšanas un diapazona izvēli. Parasti tiem ir augstāks atjaunināšanas ātrums un īsāks maksimālais noteikšanas diapazons nekā hidrolokatoru diapazona meklētājiem. Tirgū ir pieejams daudz dažādu modeļu ar dažādiem darbības diapazoniem. Tā kā šajā projektā tos izmanto šķēršļu noteikšanai, mēs izvēlējāmies vienu, kura darbības diapazons ir 10–80 cm.

Ūdens sūknis: Ūdens sūknis ir vienkāršs viegls un ne pārāk jaudīgs sūknis, kas saderīgs ar motoru sprieguma diapazonu, lai abiem izmantotu vienādu barošanu. Vēl viens risinājums augu barošanai ar ūdeni bija ūdens bāzes atdalīšana no robota, taču ir daudz vienkāršāk to novietot uz robota.

Higrometrs: Higrometrs ir mitruma sensors, kas jāievieto zemē. Tas ir nepieciešams, jo robotam jāzina, kad katls ir sauss, lai tam nosūtītu ūdeni.

2. solis: MEHĀNISKĀ DIZAINA

Būtībā robota dizains sastāv no taisnstūrveida kastes ar trim riteņiem apakšējā pusē un vāku, kas atveras augšējā pusē. Augu novieto virs ūdens tvertnes. Augu pods tiek ievietots augu poda fiksācijā, kas ir pieskrūvēta uz robota augšējās dēļa. Ūdens rezervuārs ir nedaudz saskrāpēts Tupperware uz robota augšējās dēļa, un ūdens sūknis ir arī saskrāpēts ūdens rezervuāra apakšā, lai, iepildot Tupperware ar ūdeni, visu varētu viegli noņemt. Rezervuāra vākā ir izveidots neliels caurums, jo ūdens caurule iekļūst augu podā un sūknis tiek piegādāts kastē. Tādējādi kastes augšējā plāksnē tiek izveidots caurums, un caur šo caurumu iet arī higrometra kabeļi.

Pirmkārt, mēs vēlējāmies, lai robotam būtu pievilcīgs dizains, tāpēc mēs nolēmām elektronisko daļu paslēpt kastes iekšpusē, atstājot tieši ārpus iekārtas un ūdens. Tas ir svarīgi, jo augi ir mājas apdares sastāvdaļa un tiem nevajadzētu vizuāli ietekmēt telpu. Sastāvdaļas kastē būs viegli pieejamas caur vāku augšējā pusē, un sānu vākiem būs nepieciešamie caurumi, lai, piemēram, būtu viegli, piemēram, ieslēgt robotu vai savienot Arduino ar klēpjdatoru, ja mēs to vēlamies lai to atkal ieprogrammētu.

Kastes sastāvdaļas ir: Arduino, motora kontrolieris, motori, LDR, pāļu turētāji, maizes dēlis un eņģes. Arduino ir uzstādīts uz maziem pīlāriem, tāpēc tā apakšdaļa nav bojāta, un motora kontrolieris ir uzstādīts Arduino augšpusē. Motori ir pieskrūvēti pie motora stiprinājumiem, un motora stiprinājumi tiek pieskrūvēti pie kastes apakšējās plāksnes. LDR ir pielodēti uz neliela maizes dēļa gabala. Šim maizes dēlim ir pielīmēti mini koka dēļi, lai to pieskrūvētu robota sānu virsmām. Ir viens LDR priekšā, viens kreisajā pusē un viens labajā pusē, lai robots varētu zināt virzienu ar vislielāko gaismas daudzumu. Pāļu turētāji ir saskrāpēti pie kastes apakšējās virsmas, lai tos viegli noņemtu un nomainītu pāļus vai uzlādētu tos. Tad maizes dēlis tiek pieskrūvēts pie apakšējās dēļa ar maziem trīsstūrveida pīlāriem, kuriem ir maizes dēļa stūra formas caurumi, lai to atbalstītu. Visbeidzot, eņģes ir pieskrūvētas aizmugurē un augšējā virsmā.

Priekšpusē trīs asie asmeņi tiks tieši pieskrūvēti, lai pēc iespējas labāk noteiktu šķēršļus un izvairītos no tiem.

Lai gan fiziskais dizains ir svarīgs, mēs nevaram aizmirst par tehnisko daļu, mēs veidojam robotu, un tam vajadzētu būt praktiskam, un, cik vien iespējams, mums vajadzētu optimizēt telpu. Tas ir iemesls izvēlēties taisnstūra formu, tas bija labākais atrastais veids, kā sakārtot visas sastāvdaļas.

Visbeidzot, kustībai ierīcei būs trīs riteņi: divi standarta motorizēti aizmugurē un viens lodīšu ritentiņš priekšā. Tie tiek parādīti trīsciklu piedziņā, konfigurācijā, priekšējā stūrēšanā un aizmugurējā braukšanā.

3. solis: DAĻU RAŽOŠANA

Robota fizisko izskatu var mainīt, pamatojoties uz jūsu interesēm. Tiek sniegti tehniskie rasējumi, kas var kalpot par labu zemējumu, veidojot savu.

Lāzera griezuma daļas:

Visas sešas detaļas, kas veido robota korpusu, ir sagrieztas ar lāzeru. Tam izmantotais materiāls ir pārstrādāta koksne. Šo kārbu varētu izgatavot arī no plexiglas, kas ir nedaudz dārgāk.

3D drukātas detaļas:

Divi standarta riteņi, kas novietoti robota aizmugurē, ir 3D drukāti ar PLA. Iemesls ir tāds, ka vienīgais veids, kā atrast riteņus, kas atbilstu visām vajadzībām (iederas līdzstrāvas motoros, izmērs, svars …), bija to dizains pats. Motora fiksācija budžeta dēļ tika izdrukāta arī 3D formātā. Tad augu podu balsts, pīlāri, kas atbalsta Arduino, un stūri, kas atbalsta maizes dēli, tika arī izdrukāti 3D formātā, jo mūsu robotam bija nepieciešama īpaša forma.

4. solis: ELEKTRONIKA

Asie sensori: asiem sensoriem ir trīs tapas. Divi no tiem ir paredzēti barošanai (Vcc un Ground), un pēdējais ir izmērītais signāls (Vo). Ēdināšanai mums ir pozitīvais spriegums, kas var būt no 4,5 līdz 5,5 V, tāpēc mēs izmantosim 5 V no Arduino. Vo tiks savienots ar vienu no Arduino analogajām tapām.

Gaismas sensori: lai gaismas sensori varētu strādāt, tiem ir nepieciešama neliela ķēde. Lai izveidotu sprieguma dalītāju, LDR ir sērijveidā pievienots ar 900 kOhm rezistoru. Zeme ir savienota ar rezistora tapu, kas nav savienota ar LDR, un Arduino 5V ir savienots ar LDR tapu, kas nav savienots ar rezistoru. Lai izmērītu šo spriegumu, rezistora tapa un LDR ir savienoti viens ar otru ar Arduino analogo tapu. Šis spriegums svārstīsies no 0 līdz 5 V ar 5 V, kas atbilst pilnai gaismai, un tuvu nullei, kas atbilst tumsai. Tad visa ķēde tiks pielodēta uz neliela maizes dēļa gabala, kas var ietilpt robota sānu dēļos.

Baterijas: Baterijas ir izgatavotas no 4 pāļiem, kuru katra ir no 1,2 līdz 1,5 V, tātad no 4,8 līdz 6 V. Sērijā ievietojot divus pāļu turētājus, mums ir no 9,6 līdz 12 V.

Ūdens sūknis: Ūdens sūknim ir tāda paša veida savienojums (strāvas ligzda) kā Arduino barošanai. Pirmais solis ir pārtraukt savienojumu un atdalīt vadu, lai vads būtu zemējums un vads pozitīvam spriegumam. Tā kā mēs vēlamies kontrolēt sūkni, mēs to saliksim virknē ar strāvas vadāmu tranzistoru, ko izmanto kā slēdzi. Pēc tam paralēli sūknim tiks novietota diode, lai novērstu atpakaļgaitas strāvas. Tranzistora apakšstilbs ir savienots ar Arduino/bateriju kopējo zemi, vidējais - ar Arduino digitālo tapu ar 1 kOhm rezistoru virknē, lai pārveidotu Arduino spriegumu par strāvu un augšējo kāju ar melno kabeli. sūkni. Pēc tam sūkņa sarkanais kabelis ir pievienots bateriju pozitīvajam spriegumam.

Motori un vairogs: vairogs ir jāpielodē, tas tiek piegādāts bez lodēšanas. Kad tas ir izdarīts, tas tiek novietots uz Arduino, pārgriežot visas vairoga galvenes Arduino tapās. Vairogs tiks darbināts ar baterijām, un pēc tam tas darbinās Arduino, ja ir ieslēgts džemperis (attēlā oranžas tapas). Esiet piesardzīgs un nenovietojiet džemperi, ja Arduino tiek darbināts ar citu līdzekli, nevis vairogu, jo Arduino pēc tam darbinātu vairogu un tas varētu sadedzināt savienojumu.

Maizes dēlis: visas sastāvdaļas tagad būs pielodētas uz maizes dēļa. Viena pāļu turētāja, Arduino, motora kontrollera un visu sensoru zeme tiks pielodēta vienā rindā (mūsu maizes dēļu rindās ir vienāds potenciāls). Tad otrā pāļu turētāja melnais kabelis tiks pielodēts vienā rindā ar pirmā pāļu turētāja sarkano, kura zeme jau ir pielodēta. Tad kabelis tiks pielodēts vienā rindā ar otrā pāļu turētāja sarkano kabeli, kas atbilst diviem sērijveidā. Šis kabelis tiks savienots ar vienu slēdža galu, bet otrs - ar vadu, kas pielodēts uz maizes dēļa brīvā rindā. Sūkņa sarkanais kabelis un motora regulatora uzturs tiks pielodēts šajā rindā (slēdzis nav attēlots attēlā). Tad Arduino 5 V tiks pielodēts citā rindā, un katra sensora barošanas spriegums tiks pielodēts tajā pašā rindā. Mēģiniet pielodēt džemperi uz maizes dēļa un džemperi uz detaļas, kad tas ir iespējams, lai jūs varētu tos viegli atvienot, un elektrisko komponentu montāža būs vieglāka.

5. solis: PROGRAMMĒŠANA

Programmas blokshēma:

Programma ir bijusi diezgan vienkārša, izmantojot stāvokļa mainīgo jēdzienu. Kā redzams blokshēmā, šie stāvokļi arī rada priekšstatu par prioritāti. Robots pārbaudīs nosacījumus šādā secībā:

1) 2. stāvoklī: vai augam ir pietiekami daudz ūdens ar funkciju mitruma līmenis? Ja mitruma līmenis, ko mēra ar higrometru, ir zemāks par 500, sūknis darbosies, kamēr mitruma līmenis nepārsniegs 500. Kad iekārtā ir pietiekami daudz ūdens, robots pāriet uz 3. stāvokli.

2) 3. stāvoklī: atrodiet virzienu, kurā ir visvairāk gaismas. Šajā stāvoklī augam ir pietiekami daudz ūdens, un tai ir jāievēro virziens ar lielāko gaismas daudzumu, vienlaikus izvairoties no šķēršļiem. Funkcija light_direction norāda trīs gaismas sensoru virzienu, kas saņem visvairāk gaismas. Pēc tam robots darbinās motorus, lai sekotu šim virzienam, izmantojot funkciju follow_light. Ja gaismas līmenis pārsniedz noteiktu slieksni (pietiekami daudz gaismas), robots apstājas, lai sekotu gaismai, jo šajā pozīcijā tam ir pietiekami daudz (stop_motors). Lai izvairītos no šķēršļiem zem 15 cm, sekojot gaismai, ir ieviests funkcionāls šķērslis, lai atgrieztos šķēršļa virzienā. Lai pareizi izvairītos no šķēršļiem, ir ieviesta funkcija izvairīšanās_strēgums. Šī funkcija iedarbina motoru, zinot, kur atrodas šķērslis.

6. darbība: MONTĀŽA

Šī robota montāža patiesībā ir diezgan vienkārša. Lielākā daļa sastāvdaļu ir pieskrūvētas pie kastes, lai nodrošinātu, ka tās saglabā savu vietu. Pēc tam tiek saskrāpēts pāļu turētājs, ūdens rezervuārs un sūknis.

7. solis: EKSPERIMENTI

Parasti, veidojot robotu, lietas neiet gludi. Lai iegūtu perfektu rezultātu, ir jāveic daudz testu ar sekojošām izmaiņām. Šeit ir augu robota procesa eksponāts!

Pirmais solis bija uzstādīt robotu ar motoriem, Arduino, motora kontrolieri un gaismas sensoriem ar prototipa maizes dēli. Robots tikai dodas tajā virzienā, kur viņš izmērīja visvairāk gaismas. Tika nolemts slieksnis, lai apturētu robotu, ja viņam ir pietiekami daudz gaismas. Kad robots slīdēja uz grīdas, mēs uz riteņiem pievienojām abrazīvu papīru, lai simulētu riepu.

Pēc tam konstrukcijai tika pievienoti asie sensori, lai izvairītos no šķēršļiem. Sākotnēji divi sensori tika novietoti uz priekšējās virsmas, bet trešais tika pievienots vidū, jo asiem sensoriem ir ļoti ierobežots noteikšanas leņķis. Visbeidzot, robota galos ir divi sensori, kas nosaka šķēršļus pa kreisi vai pa labi un viens pa vidu, lai noteiktu, vai priekšā ir šķērslis. Šķēršļi tiek atklāti, kad asinātāja spriegums pārsniedz noteiktu vērtību, kas atbilst 15 cm attālumam līdz robotam. Kad šķērslis atrodas sānos, robots izvairās no tā, un, kad šķērslis atrodas vidū, robots apstājas. Lūdzu, ņemiet vērā, ka šķēršļi zem asiem priekšmetiem nav nosakāmi, tāpēc šķēršļiem jābūt noteiktā augstumā, lai no tiem izvairītos.

Pēc tam tika pārbaudīts sūknis un higrometrs. Sūknis sūta ūdeni, kamēr higrometra spriegums ir zemāks par noteiktu vērtību, kas atbilst sausam katlam. Šī vērtība tika izmērīta un noteikta eksperimentāli, pārbaudot ar sausiem un mitriem podiņiem.

Beidzot viss tika pārbaudīts kopā. Augs vispirms pārbauda, vai tam ir pietiekami daudz ūdens, un pēc tam sāk sekot gaismai, izvairoties no šķēršļiem.

8. solis: NOBEIGUMA TESTS

Šeit ir video par to, kā robots beidzot darbojas. Ceru, ka jums patiks!

9. solis: KO MĒS MĒS UZZINĀJĀM AR ŠO PROJEKTU?

Lai gan vispārējās atsauksmes par šo projektu ir lieliskas, jo mēs daudz uzzinājām, termiņu dēļ to veidojot esam bijuši diezgan stresā.

Radās problēmas

Mūsu gadījumā procesa laikā radās vairākas problēmas. Dažus no tiem bija viegli atrisināt, piemēram, kad komponentu piegāde aizkavējās, mēs vienkārši meklējām pilsētas veikalus, kur tos varētu iegādāties. Citi prasa mazliet vairāk domāšanas.

Diemžēl ne visas problēmas tika atrisinātas. Mūsu pirmā ideja bija apvienot mājdzīvnieku un augu īpašības, iegūstot labāko no katra. Attiecībā uz augiem mēs to varētu izdarīt, ar šo robotu mēs varēsim iegūt augu, kas rotā mūsu mājas, un mums par to nebūs jārūpējas. Bet mājdzīvniekiem mēs neizdomājām veidu, kā simulēt viņu izveidoto uzņēmumu. Mēs domājām dažādus veidus, kā to sekot cilvēkiem, un sākām to īstenot, bet mums trūka laika, lai to pabeigtu.

Turpmākie uzlabojumi

Lai gan mums būtu paticis iegūt visu, ko vēlējāmies, mācīšanās ar šo projektu ir bijusi pārsteidzoša. Varbūt ar vairāk laika mēs varētu iegūt vēl labāku robotu. Šeit mēs iesakām dažas idejas mūsu robota uzlabošanai, kuras varbūt kāds no jums vēlas izmēģināt:

- Pievienojot dažādu krāsu gaismas diodes (sarkanu, zaļu, …), kas lietotājam norāda, kad robots jāuzlādē. Lai mērītu šo spriegumu ar Arduino, akumulatoru var izmērīt ar sprieguma dalītāju, kura maksimālais spriegums ir 5 V, kad akumulators ir pilnībā uzlādēts. Pēc tam tiek ieslēgts atbilstošais LED.

- Pievienojot ūdens sensoru, kas lietotājam paziņo, kad ūdens tvertne ir jāuzpilda (ūdens augstuma sensors).

- Izveidot saskarni, lai robots varētu nosūtīt lietotājam ziņas.

Un acīmredzot mēs nevaram aizmirst par mērķi panākt, lai tas sekotu cilvēkiem. Mājdzīvnieki ir viena no lietām, ko cilvēki mīl visvairāk, un būtu jauki, ja kāds varētu panākt, ka robots simulē šo uzvedību. Lai to atvieglotu, šeit mēs nodrošināsim visu, kas mums ir.

10. solis: kā panākt, lai robots seko cilvēkiem?

Mēs sapratām, ka labākais veids, kā to izdarīt, būtu izmantot trīs ultraskaņas sensorus, vienu emitētāju un divus uztvērējus.

Raidītājs

Raidītājam mēs vēlētos 50% darba ciklu. Lai to izdarītu, jums jāizmanto 555 taimeris, mēs izmantojām NE555N. Attēlā jūs varat redzēt, kā shēma ir jāveido. Bet jums būs jāpievieno papildu kondensators pie izejas 3, piemēram, 1µF. Rezistorus un kondensatorus aprēķina pēc šādām formulām: (1. un 2. attēls)

Tā kā ir vēlams 50% darba cikls, t1 un t2 būs vienādi. Tātad ar 40 kHz raidītāju t1 un t2 būs vienādi ar 1,25*10-5 s. Lietojot C1 = C2 = 1 nF, var aprēķināt R1 un R2. Mēs ņēmām R1 = 15 kΩ un R2 = 6,8 kΩ, pārliecinieties, ka R1> 2R2!

Kad mēs to pārbaudījām osciloskopa ķēdē, mēs saņēmām šādu signālu. Mērogs ir 5 µs/div, tāpēc frekvence patiesībā būs aptuveni 43 kHz. (3. attēls)

Uztvērējs

Uztvērēja ievades signāls būs pārāk zems, lai Arduino varētu precīzi apstrādāt, tāpēc ieejas signāls ir jāpastiprina. Tas tiks darīts, izgatavojot apgrieztu pastiprinātāju.

Opampam mēs izmantojām LM318N, kuru darbinājām ar 0 V un 5 V no Arduino. Lai to izdarītu, mums bija jāpaaugstina spriegums ap svārstīgo signālu. Šajā gadījumā būs loģiski to paaugstināt līdz 2,5 V. Tā kā barošanas spriegums nav simetrisks, mums arī jānovieto kondensators pirms rezistora. Tādā veidā mēs esam izveidojuši arī augstas caurlaidības filtru. Izmantojot mūsu izmantotās vērtības, frekvencei jābūt augstākai par 23 kHz. Kad mēs izmantojām A = 56 pastiprinājumu, signāls pāriet piesātinājumā, kas nav labi, tāpēc tā vietā mēs izmantojām A = 18. Tas joprojām būs pietiekami. (4. attēls)

Tagad, kad mums ir pastiprināts sinusa vilnis, mums ir nepieciešama nemainīga vērtība, lai Arduino varētu to izmērīt. Viens veids, kā to izdarīt, ir izveidot pīķa detektora ķēdi. Tādā veidā mēs varam redzēt, vai raidītājs atrodas tālāk no uztvērēja vai citā leņķī nekā iepriekš, ja tam ir nemainīgs signāls, kas ir proporcionāls saņemtā signāla intensitātei. Tā kā mums ir nepieciešams precizitātes pīķa detektors, mēs ievietojam diode 1N4148 sprieguma sekotājā. To darot, mums nav diodes zuduma, un mēs izveidojām ideālu diode. Opampam mēs izmantojām to pašu, kas ķēdes pirmajā daļā, un ar tādu pašu barošanas avotu - 0 V un 5 V.

Paralēlajam kondensatoram jābūt lielai vērtībai, tāpēc tas izlādēsies ļoti lēni, un mēs joprojām redzam tādu pašu maksimālo vērtību kā reālā vērtība. Arī rezistors tiks novietots paralēli un nebūs pārāk zems, jo pretējā gadījumā izlāde būs lielāka. Šajā gadījumā pietiek ar 1,5µF un 56 kΩ. (5. attēls)

Attēlā var redzēt kopējo ķēdi. Kur ir izeja, kas nonāks Arduino. Un 40 kHz maiņstrāvas signāls būs uztvērējs, kur tā otrs gals būs savienots ar zemi. (6. attēls)

Kā mēs teicām iepriekš, mēs nevarējām integrēt sensorus robotā. Bet mēs piedāvājam testu video, lai parādītu, ka ķēde darbojas. Pirmajā video var redzēt pastiprinājumu (pēc pirmā OpAmp). Osciloskopā jau ir 2,5 V nobīde, tāpēc signāls ir vidū, amplitūda mainās, kad sensori maina virzienu. Kad abi sensori ir vērsti viens pret otru, sinusa amplitūda būs lielāka nekā tad, ja sensoriem ir lielāks leņķis vai attālums starp abiem. Otrajā video (ķēdes izeja) var redzēt izlaboto signālu. Atkal kopējais spriegums būs lielāks, kad sensori ir vērsti viens pret otru, nekā tad, kad tie nav. Signāls nav pilnīgi taisns kondensatora izlādes un voltu/sadalījuma dēļ. Mēs varējām izmērīt pastāvīgu signāla samazināšanos, kad leņķis vai attālums starp sensoriem vairs nebija optimāls.

Tad ideja bija panākt, lai robotam būtu uztvērējs, bet lietotājam - raidītājs. Robots varēja pats pagriezties, lai noteiktu, kādā virzienā intensitāte bija visaugstākā, un varētu iet šajā virzienā. Labāks veids varētu būt divi uztvērēji un sekot uztvērējam, kas nosaka augstāko spriegumu, un vēl labāks veids ir ievietot trīs uztvērējus un novietot tos kā LDR, lai zinātu, kādos virzienos tiek raidīts lietotāja signāls (taisni, pa kreisi vai pa labi).