Merkur perfekt Challenge Studijní materiály

Transkript

1 Merkur perfekt Challenge Studijní materiály T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 1 / 10

2 Název úlohy: Autonomní dopravní prostředek Anotace: Úkolem týmu je sestavit ze stavebnice Merkur funkční dopravní prostředek. Tým má k dispozici pohonnou jednotku s výkonovým řídicím modulem, ultrazvukový detektory vzdálenosti, infračervené senzory, základní desku Arduino UNO a vývojové prostředí pro Arduino. Cílem práce je mechanické sestavení vozidla, propojení hardwarových komponent a naprogramování desky Arduino algoritmem umožňujícím autonomní pohyb vozidla v prostoru (vyhýbání překážkám, sledování vytyčené trasy). Garantující ústav: Ústav mikroelektroniky Laboratoř: Technická 10, 1.25 (přízemí) T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 2 / 10

3 Foto předlohy: T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 3 / 10

4 Zadání: Z připravených komponent realizujte autonomní pásový (kolový) dopravní prostředek (dále jen vozidlo). Pro stavbu vozidla máte k dispozici následující komponenty: a) 1x Merkur pásový podvozek šasi 01 + vybrané komponenty pro stavbu b) 1x Akupack 6x1,2 V c) 1x Arduino UNO d) 1x Budič motoru ROBOFUN L298 - Dual Motor Driver e) LED dioda + rezistor f) mikrospínač g) 1x infračervený detektor černé čáry (TCRT5000) h) 1x sada doplňkových součástek (svorkovnice, led diody, rezistory, vodiče. T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 4 / 10

5 Teoretický rozbor úlohy: Pro základ sestrojení vozidla použijte připravené stavebnice merkur a elektronické komponenty. Pro mechanickou konstrukci můžete použít návody ze stavebnic Merkur nebo vytvořit libovolnou vlastní konstrukci. Vozidlo nemusí být vybaveno pásy, ale může být i kolové. Pro řízení motorů využijte budič motoru řízený ze základní desky Arduino UNO. Pro napájení použijte dodaný AKUpack. Všechny dodané senzory pracují s napájecím napětím 5 V. Pro programování použijte připravený PC s předinstalovaným prostředím a můžete využívat komunitní web platformy Hodnotit se bude mechanické sestavení (stabilita, pevnost konstrukce), sestavení elektrických komponent, jejich zapojení a především algoritmus pohybu vozidla. Vítězí propracované funkční řešení. Výkonová část Pohonnou jednotku tvoří dva DC motory. Existuje mnoho driverů motorů, hlavní rozdíl mezi nimi je v systému řízení a výkonu, který jsou schopny ovládat. Použitý model L298 je dvoukanálový motorový pohon. Řadič L298 je založen na integrovaném obvodu L298. Ten může ovládat dva motory. Motor driver je přizpůsoben pro zasunutí do desky Arduina UNO. Pracuje v rozsahu napětí od 1,5 do 40 V a umožňuje trvalé buzení zátěže proudem 2 A. Řídicí logické signály jsou kompatibilní s úrovní TTL (5 V logika). Mějte na paměti, že množství proudu, které je k dispozici pro váš motor, závisí také na zdroji napájení vašeho systému. Řízení L298 je velmi snadné. Pokud jste někdy blikali nebo svítili s LED diodou, máte již všechny potřebné znalosti nutné pro ovládání L298. Pro každý kanál L298 existují dva typy vstupů, které potřebujeme k řízení motoru: směr a povolení. Jedná se o logické vstupy, tedy je zde možné přivést úroveň L nebo H. Pomoci těchto vstupů můžeme řídit, zda se motor otáčí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček. L298 má ve tedy dva směrové vstupy (pro každý kanál). T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 5 / 10

6 M1 M2 BAT T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 6 / 10

7 Obr. 1: Schéma zapojení výkonové části Ultrazvukový senzor Pro detekci překážky slouží ultrazvukový senzor HC-SR 04. jedná se jednoduchý ultrazvukový snímač, který má krom napájecích pinů pouze další dva datové piny. Pin Trig a Echo. Pin Trig (výstupní pin), slouží k odeslání pulzu. Echo Pin slouží ke čtení délky pulzu. Délka inicializačního pulzu Trig musí být min. 11 μs. Následně se měří délka pulzu na vstupu Echo. Abychom z doby pulzu zjistili skutečnou vzdálenost, je potřeba provést výpočet. Jelikož rychlost zvuku ve vzduchu je 340m/s, tak každých 29µs odpovídá 1cm. Tuto hodnotu je nutno podělit dvěma, jelikož se zvukový impulz šíří k překážce a zpět. T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 7 / 10

8 Obr. 2: Ultrazvukový snímač a) Překážka 5cm od senzoru b) Překážka 15cm od senzoru Obr. 3: Ukázka signálů na pin TRIG (žlutá) a ECHO (zelená) pro různou vzdálenost překážek T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 8 / 10

9 Infračervený detektor černé čáry (TCRT5000) Pomocí infračerveného světla detekuje černou čáru a drží na ní vašeho robota. Pro snímáni využívá optický snímač TCTR5000, který umožňuje snímat v zdálenost v rozsahi od 0,2 mm do 15 mm. Deska má dva výstupní piny D0 digitální výstup a A0 analogový výstup. Senzor umožňuje nastavení citlivosti pomoci potenciometru a dále obsahuje dvě led diody. Jedna signalizuje napájení, druhá aktivní detektor. VCC GND D0 A0 Obr.4: Snímač TCTR5000 Micro Servo HD-1440A Servo motory slouží pro nastavení určité polohy ovládaného mechanizmu a následné držení v této poloze. Jejich hlavní výhodou je malý rozměr a malá hmotnost s relativně velkou silou. Tyto motory obvykle neumožňují otáčení neustále dokola, ale udržují nastavený úhel natočení. Úhel se pohybuje nejčastěji v rozsahu 0 až 180. Nastavení tohoto úhlu se provádí zasláním impulsu o určité délce. Neutrální poloha (90 ) odpovídá obvykle délce impulsu 1,5ms. Délka 0,5ms odpovídá úhlu 0 a impuls délky 2,5ms nastavuje úhel 180. Impulsy se posílají motoru pravidelně každých 20ms. Barevné značení hnědá, černá = zem, záporný pól baterie červená = napájení serva (Vservo, kladný pól baterie) oranžový, žlutý, bílý nebo modrý = řídící signál T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 9 / 10

10 Partneři soutěže T: IČ: , DIČ: CZ / / steffan@feec.vutbr.cz 10 / 10