Megarobot.cz Senzory Jan Stránský. Senzory. Co je to senzor Jednotlivé senzory Hit senzor senzor nárazu Modul fotorezistoru...

Transkript

1 Senzory Obsah Co je to senzor... 2 Jednotlivé senzory... 2 Hit senzor senzor nárazu... 2 Modul fotorezistoru... 2 Tlačítko... 3 Teplotní senzor... 3 Senzor magnetismu... 3 Infračervený senzor... 4 Infračervený signál - přijímač... 4 Infračervené záření (nepřijímá signál dálkového ovládání)... 4 Infračervené měření vzdálenosti... 4 Senzor černé a bílé... 4 Světelní brána... 4 Gyroskop a akcelerometr... 5 Audio senzor... 6 Joystick... 6 Závěr

2 Co je to senzor Senzor je zařízení, které umožnuje našim robotům vnímat okolní svět. Pokud bychom robotovi nedali žádné senzory, byly bychom pravděpodobně schopni ho ovládat pomocí počítače, nebyl by však schopen pracovat samostatně. Pokud chceme stavět roboty, kteří jsou schopní se sami rozhodovat na základě toho, co je kolem nich, tak senzory jsou to, co nám z "desky se součástkami" udělá robota. Senzory nám také umožňují získávat zpětnou vazbu z robota. To znamená, že si pomocí senzorů může ověřit, zda robot v daném okamžiku vykonal to, co vykonat měl. Většina senzorů je kompatibilní téměř z každým Arduinem. Některé senzory však vyžadují připojení na arduino konkrétním pinem, které může byt na arduinu pouze jednou, což nám znemožňuje připojit těchto senzorů víc. Může se však stát že na některých arduinech tento pin být nemusí. Toto nám hrozí spíše u těch menších jako je arduino micro a podobně. Stejně jako u programovatelných desek nebo u shieldů existuje od každého druhu senzoru několik různých typů. Většinou se liší v citlivosti (tedy v tom jak snadno nebo naopak jak těžko reagují) a svím provedením a velikostí. Jednotlivé senzory Hit senzor senzor nárazu Hit senzor neboli senzor nárazu, můžeme také najít pod označením KY-031 nebo jeho starší typ pod označením KY-002. Umožňuje nám vnímat náhlou změnu polohy robota. Také nám (jak už název napovídá) umožnuje zjistit pokud něco do našeho robota narazilo. Ze senzoru jde jako výstup digitální signál. Senzor tedy může být ve stavu 1 nebo 0, nic jiného neexistuje. Modul fotorezistoru Fotorezistor je běžná součástka, kterou lze k arduinu připojit i bez nějakého speciálního uložení které nám nabízí právě tento senzor. Pro ty co s arduinem začínají je však vhodnější použít již předpřipravený modul. Senzor fotorezistoru bývá také označován jako KY-018. Fotorezistor je součástka, která má ve svém běžném stavu velmi vysoký odpor. Ten může být až 1MΩ. V okamžiku, kdy na fotorezistor začne svítit světlo, se jeho odpor výrazně snižuje. Podle toho jak se odpor snižuje, začne fotorezistorem protékat proud a na jeho výstupu se objeví napětí, které můžeme pomocí arduina měřit. Tím můžeme zjistit intenzitu světla resp. to, jestli nějaké světlo na náš modul svítí nebo ne. Modul fotorezistoru nám může dát libovolnou hodnotu mezi 0 a 5 V. Modul je tedy analogový a jako analogový musí být připojen. 2

3 Tlačítko Stejně jako u fotorezistoru je tlačítko možné připojit přímo jako součástku a není potřeba senzorový modul. Začátečníkům však doporučujeme, aby raději tento modul používali. Modul má výstup jen 1 nebo 0. Jedná se tedy o digitální senzor. Teplotní senzor Teplotní senzoru můžeme najít v digitálním i analogovém provedení. V analogovém provedení se tento senzor chová podobně jako fototranzistor, o kterém jsme se již bavili. Jeho odpor se mění v závislosti na okolní teplotě a tím se mění i napětí, které je na výstupu. Toto napětí poté můžeme arduinem měřit a tím určit teplotu. Digitální senzor prostě sepne z 0 na 1 k okamžiku, kdy teplota překročí určitou hranici. Tato hranice se dá manuálně nastavit pomocí potenciometru nebo trimeru, který na tomto senzoru je. Senzor magnetismu Senzor magnetu může být velice užitečný, pokud se snažíme sestrojit robota, který má spolupracovat (nebo se třeba přetahovat) s jiným robotem. Stejně tak tyto senzory můžeme použít pro zpětnou vazbu z vlastního robota. Každý elektromotor totiž pracuje na bázi elektromagnetu a právě to můžeme tímto senzorem měřit. Senzor magnetismu můžeme najít v digitální i analogovém provedení. U digitálních senzorů můžeme najít ty, které mají nastavenou konkrétní hodnotu sepnutí. Stejně jako u senzorů teploty můžeme najít takové, u nich můžeme hodnotu sepnutí nastavit pomocí potenciometru nebo trimeru. 3

4 Infračervený senzor Mezi infračervenými čidly můžeme najít několik typů. 1. typ nám umožnuje přijímat infračervený signál (například z dálkového ovladače) 2. typ nám umožnuje vnímat infračervené záření (například z plamene) 3. typ nám umožnuje vnímat vzdálenost 4. typ nám umožnuje rozlišit černou a bílou 5. typ nám umožnuje vytvářet tzv. světelné brány (světelné závory) Infračervený signál - přijímač Pomocí infračerveného přijímače, můžeme naše arduino ovládat prakticky jakýmkoliv infračerveným dálkovým ovladačem. Musíme si vždy uvědomit, že každý ovladač vysílá jiný signál. Program v arduinu musí být tedy vždy vytvořený pro konkrétní dálkový ovladač (nebo pro skupinu ovladačů). Některé z těchto přijímačů jsou přímo dodávané s malými dálkovými ovladači. Ty však nejsou tak moc potřeba vzhledem k tomu že můžeme použít i ovladač co máme doma například k televizi nebo infra-ovladač pro RC modely a podobně. Senzor je sice digitální (protože přijímá pouze jedničky a nuly) musí však být připojen k pinu, který je schopen přijímat signál. Na arduinu jsou tito piny označované jako PWM. Infračervené záření (nepřijímá signál dálkového ovládání) Tento senzor je přímo určen pro vnímání infračerveného záření. Primárně je tento senzor určen k tomu, aby byl schopen rozeznávat plamen ohně resp. Plamen svíčky. Senzor je digitální a stejně jako u jiných modulů je hladina jeho reakce upravitelná pomocí potenciometru nebo trimeru. Infračervené měření vzdálenosti IR senzorů pro měření vzdálenost je celá řada. V základu se však dělí pouze na digitální a analogové. Digitální senzory jsou vždy nastavitelné pomocí trimeru nebo potenciometru. Je důležité si uvědomit, že infračervené senzory jsou velice náchylné na okolní světelné podmínky, to tedy znamená, že při změně okolních podmínek se mohou výrazně změnit hodnoty, které budou posílat. Senzor černé a bílé Tyto senzory vnímají odrazivost od určitých povrchů. Senzory černé a bílé jsou digitální a nastavitelné pomocí trimeru. Nezáleží však jen na barvě ale také na materiálu. Při správném nastavení jsme schopni rozlišit i jiné barvi než jen černou, toto ale záleží na míře odrazivosti daného povrchu. Světelní brána Pro světelnou ubránu lze použít stejný modul, jako pro vnímání ohně. Před ten musíme zapojit obyčejnou infra-diodu. Díky tomu jsem schopni vnímat, zda před senzorem něco je nebo není. Zle také použít pouze modul KY 010. Ten však má malé rozměry a tím i omezené možnosti. Ostatní moduly brány nebo senzory pohybu většinou nejsou přímo dělané pro arduino, lze je však snadno připojit. 4

5 Gyroskop a akcelerometr Nejprve si řekneme jaký je mezi těmito zařízeními rozdíl. Gyroskop je ve své původní podstatě zařízení, které má za všech okolností osu ve stejném směru. Velice podobně funguje například dětská hračka zvaná káča, která dokud se točí, je její osa přímo ve směru gravitace (osa tedy směřuje k zemi) a hračka rotuje kolem této osy. Dokud tedy zařízení rotuje, známe vodorovnou pozici. Potom nám stačí vědět, o kolik jsme se odchýlili, a známe úhel, který naše zařízení svírá se zemí (a to v jakémkoliv směru). V dnešní době jsou digitální gyroskopy hojně používané s chytrých telefonech. Díky gyroskopu totiž telefon ví, jak je natočen a v kterém směru má být natočen obraz. Akcelerometr je zařízení měřící zrychlení. Akcelerometr a gyroskop bývají často zaměňovány, protože většina gyroskopů je schopna měřit zrychlení otáčení. Akcelerometr však měří jak rychle nebo o kolik jsme se pohnuly. Není pro něj však důležitý směr. Gyroskopy a akcelerometry pro arduino. Těchto modulů existuje obrovská spousta. Tyto moduly se liší jednak svími základními možnostmi. Tedy jestli jsou pouze gyroskopy nebo jen akcelerometry případně i kompasy, nebo jestli se jedná a jejich kombinaci. Dalším podstatným rozdílem je také způsob komunikace. Některé moduly vysílají každý údaj na samostatný analogový výstup. Jsou však také moduly, které tyto údaje vysílají pomocí jedné sériové linky. Těm z vás, kteří z arduinem teprve začínají, doporučujeme moduly s analogovými výstupy. Pro začátečníky může být sériová komunikace nepříjemně složitá. 5

6 Audio senzor Arduino je schopno vnímat i složitější audio signály. Pro to je však rozhodně lepší použít nějaký shield modul. Tyto senzory jsou schopni poznat pouze například tlesknutí nebo lusknutí ale nic víc. I přes to se s nimi dá užít spoustu zábavy. Senzory jsou digitální a nastavitelné pomocí trimeru a potenciometru. Joystick K joystickům toho není moc co říct. Mají 2 analogové a jeden digitální výstup. Analogové výstupy slouží pro ovládání os X a Y a digitální výstup pro zabudované tlačítko. Existují různé způsoby, jak k arduinu připojit tlačítko. Způsob, který budeme používat my, vyžaduje rezistor o hodnotě 10 KΩ. Stejný způsob zapojení umožnuje i většina joystick modulů. Tyto moduly mají připravené políčka pro připájení libovolného rezistoru. Jak se tento modul zapojuje a jak se zapojuje jakékoliv tlačítko, se naučíme později. Závěr Pochopitelně není možné, abychom si v tomto dokumentu řekli o všech senzorech, které jsou v dnešní době k dispozici pro arduino. Nemluvě o senzorech, které pro arduino přímo určeny nejsou, jsou však s arduinem kompatibilní. Často také pod názvem senzor najdeme modul, který však senzorem není. Těmto modulům se budeme samozřejmě věnovat také, najdeme je však v dokumentu zaměřeném na externí moduly. 6

7 7