Senzory, jejich funkce, základní principy, motory

Senzory a přístrojová technika
v NXT robotech
Prof. Pavel Ripka
Katedra měření
ČVUT v Praze, FEL
Evropský sociální fond
Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti
Co je uvnitř
- senzory a přístrojová technika
v NXT robotech
Pavel Ripka
katedra měření ČVUT
http://measure.feld.cvut.cz
Co je to senzor?
„A sensor is a device that measures a
physical quantity and converts it into a
signal which can be read by an
observer or by an instrument.“ (Wiki)a
„Interface“ between a real world and
your control algorithms and artificial
intelligence (robots)
Co je tohle?
1.5 – 2 miliardy US$ hoří..
B2 Spirit
Moisture in three of the 24 sensors that
feed information into the bomber’s
computer system caused the sensors to
send bad information about the plane’s
speed and altitude, and how far up or
down the bomber’s nose was pointed.
NXT cihla
http://mindstorms.lego.com/Overview/NXTreme.aspx
2. sem. A0B36PR2 Programování 2
3. sem. A3B31EOP Elektrické obvody a prvky
A0B35SPS Struktury počítačových systémů
4. sem. A3B38MMP Mikroprocesory a mikrořadiče v přístroj. technice
5. sem. A3B38PRT Přístrojová technika
6. sem. A3B35APE Aplikovaná elektronika
4 vstupy
• 1: analogový vstup 10-bit ADC 0..5 V
+ proudový generátor (zpětná kompatibilita s RCX)
• 2, 3: GND
• 4: + 4,3 V
• 5,6: číslicový I-O
I2C sběrnice
(ze zákl. sady jen ultrazvukový senzor)
3 „výstupní porty“
• 1-2 PWM výstup pro motory (nebo programovatelné napětí
0..5 V)
• 3 GND
• 4 napájení 4,3 V
• 5,6 Schmittovy vstupy (např. pro IRC senzor - „encoder“)
Dotykový senzor
Mikrofon
měří úroveň hlasitosti – akustický tlak
0 dB
práh slyšitelnosti
120 (130) dB
práh bolesti
20 dB = zvýšení o řád
dBa .... korekce na fyziologické křivky
zobrazují se procenta [%] z 90 dB
• 4-5% tichá místnost
• 5-10% vzdálený hovor
• 10-30% normální konverzace
• 30-100% křik nebo hlasitá hudba
A5M02AKA Akustické aplikace
Optický senzor
optický reflexní senzor (nebo senzor osvětlení - pokud je LEDka vypnuta)
odstranění vlivu okolního osvětleni - modulace a synchronni detekce
LED/Fototranzistor
A3M38VBM Videometrie a bezkontaktní měření
Ultrazvukový dálkoměr
měří vzdálenost 0 (?) až 255 centimeterů s rozlišením +/- 3 cm.
princip: „time of flight“
piezoelektrický vysílač i přijímač (oddělené)
rychlost zvuku 346 m/s
vyžaduje kvalitní odraz
10 až 15 pulsů/s, programovatelné (80 ms..2,5 s)
Motor a IRC senzor
If you use the Move block in the LEGO
MINDSTORMS NXT software to program your
motors, the two motors will automatically
synchronize, so that your robot will move in a
straight line.
Rotation Sensor measures motor rotations in
degrees or full rotations [accuracy of +/- one
degree].
Charakteristika motoru
http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm
Jak se měří
http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm
Účinnost motoru
A3B14EPR Elektrické pohony pro automatizaci a robotiku
Ochrana NXT motoru proti přetížení
• Odběr zabržděného motoru: 2 A,
moment 50Ncm
• Zabudovaný PTC termistor
• Přepěťová dioda (D4) .. Obousměrně omezuje při 15 V
http://www.philohome.com/motors/motorcomp.htm
Řízení motoru – H můstek
IRC senzor
Stejný senzor na kolečku myší … ale nehodí se do automobilu
firmware obsahuje funkci kvadraturního čítače
Takhle to děláme my (nemagnetická kalibrační plošina s pohonem piezomotory)
Jednoduchý I2C interface
Připojení DAC
a napětím řízeného oscilátoru pro řízení RC serva
http://www.extremenxt.com/tda8444.html
A3M38ZDS Zpracování a digitalizace analogových signálů
Komunikace
• Bluetooth wireless communication
CSR BlueCoreTM 4 v2.0 +EDR System
1 master + max. 3 slave
• USB 2.0 communication Full speed port
12 Mbit/s
USB connection
• Řídicí přenos
• Isochronní přenos
• Interrupt přenos
• Bulk přenos
Řízení LCD displeje
Baterie
6 AA baterií nebo Li-Ion aku
vratná pojistka 1,85 A (rozpojuje se při cca 3,3 A
5 V stabilizátor 3,3 V stab. pro ARM7 a Bluecore
Další senzory pro NXT
http://www.eduxe.cz/legomenu/hitechnic_menu.htm
+y
Infračervený dálkoměr
20 – 150 cm, rozlišení mm
Připojení I2C
Sharp GP2Y0A02YK sensor
http://www.mindsensors.com
cíl
-y
y=0
y
o
laserová
dioda
x0
xs
A
Úhel Q typicky
nastaven na 30°-50°
i
-i 0
i=
+i
xi
C
detektor
Q
Kompas
Kde o tom učíme:
Jak to děláme my
Kamera
Takhle to děláme my
Kde o tom učíme: A3M38VBM L
Videometrie a bezkontaktní měření
Magnetický spínač (jazýčkový kontakt)
Ne moc chytrý senzor = pro bicykly
http://www.norgesgade14.dk/magnet.php
F
0
F 0
F 0
3' 3
1' 1
F
4
2' 2
a)
5
6
x
4 5
6
x
4 5
6
x
x
Fk
1' 1
2' 2 3
1' 1
2' 2 3
b)
I
c)
d)
A3B38SME Senzory a měření
Chytrý magnetický senzor pro auta
VD D
napájecí
obvody
teplotní
komp.
oscilátor
spínaná
Hallova
sonda
A/D
DSP
detekce
úrovně
napájení
ochranné
obvody
100 W
EPROM
zámek
D/A
OUT
číslicový
výstup
GND
A3M38MSZ Moderní senzory
A3B38SME Senzory a měření
Magnetický senzor pro měření velikosti žaludku
Magnetický senzor je jediným
fungujícím řešením pro in vivo aplikaci
Víceosý akcelerometr
mindsensors
hitechnic
5
2
m
4
1
3
UA
NO
a
UB
UC
UB
NS
R
UA
UC
0V
SD
0V REF
G
1MHz
CDP
Z