Roboti shmangës tejzanor duke përdorur Arduino: 7 hapa

2024 Autor: John Day | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-01-30 12:25

Në këtë tutorial, unë do t'ju tregoj se si të bëni pengesën tuaj duke shmangur robotin! Ne do të përdorim bordin Arduino UNO dhe një sensor tejzanor. Nëse roboti zbulon një objekt para tij, me ndihmën e një servo motori të vogël, ai skanon zonën majtas dhe djathtas në mënyrë që të gjejë mënyrën më të mirë për t'u kthyer. Ka gjithashtu një LED njoftimi, një zile për të luajtur një ton kur zbulohet një objekt dhe një buton për ndryshimin e funksionit të robotit (ndalur/lëvizur përpara).

Veryshtë shumë e lehtë për ta bërë atë!

Hapi 1: Gjërat që duhen bërë

Për këtë projekt do t'ju duhet:

1. Arduino UNO (blini nga gearbest.com)
2. Mini breadboard (blini atë nga gearbest.com)
3. Moduli i drejtuesit të motorit L298 (blini atë nga gearbest.com)
4. 2 x motorë DC me rrota HC-SR04 sensor tejzanor (blini nga gearbest.com)
5. Mikro servo motor (blini nga gearbest.com)
6. Buton i kuq LED220 Ohm Rezistor 9V mbajtës i baterisë (me ose pa prizë energjie)
7. 8 ndarës (meshkuj-femra),
8. 8 arra dhe 8 vida do t'ju duhet gjithashtu një i madh (metal)

kapëse letre dhe një rruaza për të bërë rrotën mbështetëse të pasme.

Për bazën e robotëve, kam përdorur një Chasis Akrilik nga Aliexpress. Ju gjithashtu mund të përdorni një copë druri ose metali (ose dy Pllaka elektrike).

Kostoja e të gjithë projektit është rreth 20 dollarë

Mjetet: Makina stërvitore super zam ekuipazhi i ekuipazhit zam i nxehtë (opsional) Fuqia:

Ne do të përdorim një bateri 9V për të ndezur robotin tonë sepse është i vogël dhe i lirë, por nuk është shumë i fuqishëm dhe do të jetë bosh pas rreth një ore. Konsideroni nëse doni të përdorni një paketë baterie të rimbushshme (min 6V, max 7V) që do të jetë më e fuqishme, por do të jetë gjithashtu më e shtrenjtë dhe më e madhe se bateria 9V. Regjistrohuni Kanali ynë në YouTube Kliko Këtu

Hapi 2: Kuptimi i Koncepteve

Qëllimi është që roboti të ndërgjegjësohet për pengesat para tij, në mënyrë që ai të ndryshojë drejtim dhe t'i shmangë ato. Në artikullin e mëparshëm ne bëmë lëvizjen e robotit - tani do t'i japim pak autonomi.

Sensori tejzanor

HC-SR04 është një qark i aftë për të matur një distancë nga objektet deri në 4 metra duke përdorur valë tejzanor. Ai dërgon një ping (si një nëndetëse) dhe mat kohën (në mikrosekonda) midis dërgimit dhe marrjes së ndonjë gjëje mbrapa. Kjo kohë ndahet më pas me 2 ndërsa vala udhëton përpara dhe mbrapa. Dhe më pas ndani me 29 për të marrë një distancë në centimetra (ose 74 për inç), sepse tingulli udhëton 29.4µs për centimetër (340 m/s). Sensori është shumë i saktë me tolerancë ~ 3 mm dhe i lehtë për tu integruar me Arduino.

Ndërfaqja e sensorit tejzanor me mikrokontrollues AVR

Çdo robot autonom duhet të ketë një shmangie të pengesave dhe një sensor të matjes së distancës të bashkangjitur. Një palë marrës IR ose një sensor i shkallës gri mund të punojnë lehtësisht për zbulimin e pengesave në intervalin 1cm-10cm. Gjetjet e rrezeve IR (për shembull ato të mprehta) mund të masin një distancë deri në pengesën më të afërt me rreze deri në 100cm. Sidoqoftë, sensorët IR ndikohen nga rrezet e diellit dhe burimet e tjera të dritës. Gjetëset e rrezeve IR kanë më pak rreze dhe gjithashtu të shtrenjta për atë që bën. Sensorët tejzanor (të njohur edhe si sensorë të afërsisë tejzanor ose sonar për geeks) i bëjnë të dyja këto detyra me një kosto të arsyeshme dhe saktësi të jashtëzakonshme. Gama është nga 3 cm në 350 cm me saktësi mm 3 mm. Duke lidhur një nga këta sensorë tejzanor në robotin tonë, ai mund të veprojë si një pengesë shmangëse dhe një sensor për matjen e distancës.

Tingulli "tejzanor" i referohet çdo gjëje mbi frekuencat e tingullit të dëgjueshëm dhe përfshin nominalisht çdo gjë mbi 20, 000 Hz, ose 20kHz! Sensorë të lira tejzanor të përdorur për robotikë në përgjithësi funksionojnë në një gamë prej 40 kHz deri në 250 kHz ndërsa ato të përdorura në pajisjet mjekësore shkojnë deri në 10Mhz.

Hapi 3: Mjetet e nevojshme

1. Multimetër
2. Breadboard
3. Pincë hundë me gjilpërë
4. Zhveshës me tela
5. Prerës i telave
6. Armë ngjitëse

Multimetri është një pajisje e thjeshtë e përdorur kryesisht për të matur tensionin dhe rezistencën dhe për të përcaktuar nëse një qark është i mbyllur. Ngjashëm me korrigjimin e kodit kompjuterik, Multimetri ju ndihmon të "debugoni" qarqet tuaja elektronike.

Materiale ndërtimi

Një furnizim i disponueshëm me dru të hollë dhe/ose pleksiglas për të bërë kornizën mekanike është shumë i dobishëm. Metalet si alumini dhe çeliku shpesh kufizohen për ata që kanë qasje në një dyqan makinerish edhe pse alumini i hollë mund të pritet me gërshërë dhe të përkulet me dorë. Kornizat mekanike madje mund të ndërtohen nga sendet shtëpiake siç janë enët plastike.

Edhe pse materiale të tjera të tilla si plastika (përveç pleksiglasit), ose materiale më ekzotike si tekstil me fije qelqi dhe fibra karboni janë të mundshme, ato nuk do të merren parasysh në këtë udhëzues. Disa prodhues kanë vënë në dukje se nuk është e lehtë për shumicën e hobistëve të prodhojnë pjesët e tyre mekanike dhe kanë krijuar pjesë mekanike modulare. Një lider në këtë është Lynxmotion i cili ofron një gamë të gjerë të modeleve robotike, si dhe pjesët e nevojshme për të bërë robotët tuaj të personalizuar.

Mjete dore

Kaçavida dhe pincë të llojeve dhe madhësive të ndryshme (përfshirë grupin e veglave të argjendarisë: kaçavida të vogla që zakonisht gjenden në dyqanet e dollarit) janë të nevojshme. Një stërvitje (mundësisht një stërvitje për vrima të drejta) është gjithashtu e rëndësishme. Një sharrë dore për prerjen e materialeve të ndërtimit (ose një ruter) është gjithashtu një pasuri e rëndësishme. Nëse buxheti lejon, një sharrë e vogël me tavan (200 dollarë) është padyshim një mjet për t'u marrë parasysh.

Tavolinë pa saldim

Një pjatë pa saldim ju lejon të optimizoni paraqitjen tuaj dhe të lidhni përbërësit me lehtësi. Së bashku me një dërrasë pa saldim, duhet të blini një çantë teli bluzë të formuar paraprakisht e cila përbëhet nga tela të prerë dhe të përkulur të destinuara për t'u përdorur me një dërrasë pa saldim. Kjo i bën lidhjet shumë të lehta.

Set i vogël kaçavidash

Këto kaçavida të vogla janë të nevojshme kur punoni me pajisje elektronike. Megjithatë mos i detyroni shumë - madhësia e tyre i bën ata më të brishtë.

Set i rregullt kaçavidash

Të gjitha punëtoritë kanë nevojë për një shumë-mjet ose grup mjetesh i cili përfshin sheshe / Phillips dhe koka të tjera kaçavidash.

Pincë hundë me gjilpërë

grupi i pincave të hundës së gjilpërës është tepër i dobishëm kur punoni me përbërës dhe pjesë të vogla dhe është një shtesë shumë e lirë në kutinë tuaj të veglave. Këto janë të ndryshme nga pincat e rregullta sepse vijnë në një pikë që mund të futet në zona të vogla.

Nxjerrës/prerës të telave

Ju po planifikoni të prerë çdo tela, një zhveshës teli do t'ju kursejë kohë dhe përpjekje të konsiderueshme. Një zhveshës me tela, kur përdoret siç duhet, do të heqë vetëm izolimin e kabllit dhe nuk do të prodhojë ndonjë kthesë ose dëmtim të përcjellësve. Alternativa tjetër për një zhveshës teli është një palë gërshërë, megjithëse rezultati përfundimtar mund të jetë i çrregullt. Gërshërë, sundimtar, stilolaps, laps shënues, Thikë Exacto (ose mjet tjetër prerës dore) Këto janë gjërat thelbësore në çdo zyrë.

Hapi 4: Konceptet për Kodimin AVR

Llogaritja e shpejtësisë së zërit në lidhje me sensorët tejzanor

Matematikë e vogël, por mos kini frikë. Isshtë më e thjeshtë nga sa mendoni.

Shpejtësia e zërit në ajrin e thatë në temperaturën e dhomës (~ 20 ° C) = 343 metra/sekondë

Që vala e zërit të godasë dhe të bëjë një udhëtim vajtje -ardhje në objektin e afërt është = 343/2 = 171.5 m/meqenëse diapazoni maksimal i një sensori tejzanor të lirë nuk është më shumë se 5 metra (udhëtim vajtje -ardhje), do të kishte më shumë kuptim të ndryshoni njësitë në centimetra dhe mikrosekonda.

1 metër = 100 centimetër 1 sekondë = 10^6 mikrosekonda = (s/171.5) x (m/100 cm) x ((1x10^6)/s) = (1/171.5) x (1/100) x (1000000/ 1) = 58.30903790087464 us/cm = 58.31 us/cm (rrumbullakosja në dy shifra për të bërë më të lehtë llogaritjet)Prandaj, koha e marrë që një impuls të udhëtojë në një objekt dhe të kthehet 1 centimetër është 58.31 mikrosekonda.

sfondi i vogël në ciklet e orës AVR

Duhet një kapitull krejtësisht i ndryshëm për të kuptuar ciklet e orës AVR, por ne do të kuptojmë shkurtimisht se si funksionon për t’i bërë më të lehtë llogaritjet tona

Për shembullin tonë, ne do të përdorim bordin AVR Draco i cili ka një mikrokontrollues AVR 8-bit-Atmega328P. Për t’i mbajtur gjërat të thjeshta, ne nuk do të ndryshojmë cilësimet e një mikrokontrolluesi. Asnjë copë siguresash nuk është prekur; Asnjë kristal i jashtëm i bashkangjitur; Pa dhimbje koke. Në cilësimet e fabrikës, ai funksionon në një oshilator të brendshëm 8MHz me një prescaler a /8; Nëse nuk i kuptoni të gjitha këto, thjesht do të thotë që mikrokontrolluesi po funksionon në oshilator të brendshëm RC 1MHz dhe çdo cikël i orës zgjat 1 mikrosekond.

1 2 1MHz = 1000000 cikle për sekondë Prandaj, 1s/1000000 = 1/1000000 = 1us

Orët AVR dhe konvertimi në distancë

Ne jemi pothuajse atje! Pasi të dimë se si të konvertojmë ciklet e orës AVR në distancën e përshkuar nga valët e zërit, zbatimi i logjikës në një program është i lehtë.

Ne e dimë se shpejtësia e zërit tejzanor në mjedisin ideal është: 58.31 us/cm

Ne e dimë që zgjidhja e mikrokontrolluesit AVR është 1us/cikli i orës (CLK)

Prandaj, distanca e përshkuar me zë për ciklin e orës (CLK) është:

1 2 3 = (58.31 us/ cm) x (1us/ clk) = 58.31 cikle ora/ cm ose = 1/ 58.31 cm/ clk

Nëse dihet numri i cikleve të orës që duhet për të udhëtuar dhe kthyer zërin, ne mund ta llogarisim lehtë distancën. Për shembull, nëse sensorit i duhen 1000 cikle sahati për të udhëtuar dhe kërcyer prapa, atëherë distanca nga një sensor në objektin më të afërt është = 1000/58.31 = 17.15 cm (përafërsisht)

A ka gjithçka kuptim tani? Jo? Lexojeni përsëri

Nëse jeni të qartë me të gjithë logjikën e përmendur më lart, ne do ta zbatojmë atë në një skenar të botës reale duke lidhur një sensor të lirë tejzanor HC-SR04 me bordin tonë AVR Arduino.

Hapi 5: Lidhjet e harduerit:

Bordi Arduino e bën të lehtë lidhjen e çdo sensori të jashtëm dhe gjithashtu shikimin e rezultateve në LCD. Për zbulimin e rrezeve tejzanor, ne përdorim një modul të lirë HC-SR04. Moduli ka 4 kunja që mund të lidhen me bordin e mikrokontrolluesit: VCC, TRIG, ECHO dhe GND.

Lidhni kunjin VCC me 5V dhe pin GND me tokëzimin në tabelën Arduino.

Kunja TRIG dhe kunja ECHO mund të lidhen me çdo kunj të disponueshëm në tabelë. Dërgimi i një sinjali minimal prej 10us "të lartë" për të shkaktuar kunjin dërgon tetë valë zanore 40 kHz dhe tërheq pinin jehonë të lartë. Nëse tingulli tërhiqet nga një objekt aty pranë dhe kthehet, ai kapet duke marrë dhënësin dhe kunja e jehonës tërhiqet 'ulët'.

Variante të tjera të moduleve të sensorit tejzanor janë gjithashtu të disponueshëm me vetëm 3 kunja. Parimi i punës është ende i njëjtë, por funksionaliteti i kunjave të këmbëzës dhe jehonës kombinohen në një kunj të vetëm.

Pasi të lidheni, Trigger dhe Echo Pins mund të konfigurohen përmes softuerit. Për ta mbajtur këtë shembull të thjeshtë, ne nuk do të përdorim asnjë kunj ndërprerës (ose Input Capture Pin) në këtë shembull. Mos përdorimi i kunjave të caktuar ndërprerës gjithashtu na jep një liri për të lidhur modulin me çdo kunj të disponueshëm në tabelë.

Hapi 6: Kodi

Kodi Më poshtë përmban vetëm një shtrirje "tejzanor" për kontrollin e motorit DC duke përdorur një H-Bridge nga artikulli i mëparshëm. Kur roboti zbulon një pengesë para tij, ai kthehet (shkallë e rastësishme) dhe vazhdon të ecë përpara. Ky funksionalitet mund të zgjerohet lehtësisht për të vazhduar rrotullimin dhe zbulimin e pengesave në të njëjtën kohë - kështu që roboti nuk do të kthehet rastësisht, por do të fillojë të lëvizë përpara vetëm kur nuk zbulohet asnjë objekt.

Për Shpjegimin e Kodit Referojuni videos në Youtube të listuara në kanal.

Hapi 7: Video

Shikoni videon për të gjithë procesin.