自动起落架

项目1-5 自动起落架

学习目标:

        1.理解并能正确使用“数字输入”节点和“舵机”节点;

        2.能正确连接并使用红外数字避障传感器,舵机和Arduino101,完成自动起落架的制作;

        3.了解红外数字避障传感器和舵机的工作原理。

一、项目描述

        随着社会经济的快速发展,汽车在人们的日常生活中越来越普及,城市里几乎出现“一家一车”的现状。但是司机在停车的时候经常遇到自动起落架升起速度慢、人工操作繁琐等问题,如图1所示。那么我们能不能使用Curie制作一个检测到车辆时自动升起的装置呢?这节课我们就动手学习一下吧。

图 1 自动起落架

二、项目分析

        制作自动起落架的关键是:1.检测是否有车辆;2.如果有车辆时触发舵机转动,5s后舵机自动复原。我们使用DFRobot生产的红外数字避障传感器检测车辆并触发舵机转动,项目设计列表可以参考下表1所示。

表 1 自动起落架的项目设计

项目名称

自动起落架

项目功能

检测是否有车辆,如有就触发舵机转动,2s后舵机自动复原。

器材清单

红外数字避障传感器、舵机

三、基础知识

(一)红外数字避障传感器

        红外数字避障传感器是一种集发射与接收于一体的光电开关传感器,如2所示。数字信号的输出伴随传感器后侧指示灯亮的亮灭,检测距离可以根据要求进行调节。该传感器具有探测距离远、受可见光干扰小等特点,可以广泛应用于机器人避障、互动媒体等众多场合。

        红外数字避障传感器属于数字传感器,输出状态是0和1,即数字电路中的低电平和高电平,正常状态输出高电平,检测到目标输出低电平。

图 2 红外数字避障传感器

(二)舵机

        舵机(英文名叫Servo):它由直流电机、减速齿轮组、传感器和控制电路组成的一套自动控制系统。通过发送信号,制定输出轴旋转角度。舵机一般而言都有最大旋转角度(比如180度)。

        普通直流电机无法反馈转动的角度信息,而舵机可以。用途也不同,普通直流电机一般是转圈转动作动力用,舵机是控制某物体转动一定角度用(比如机器人的关节,摄像头的云台)。本案例使用的舵机转速由舵机无负载的情况下转过60°所需时间来衡量,常见舵机的速度一般在0.11/60°~0.21s/60°之间,如下图3所示。

图 3 舵机

四、实现过程

(一)硬件连接

        将Arduino101,舵机和红外数字避障传感器连接起来,如下图 4所示,舵机连接到数字输出(D11),红外数字避障传感器连接到数字输入(D5)。

图 4 自动起落架硬件连接图

(二)流程设计

        为了实现检测到车时转动舵机,2秒后自动闭合的功能,我们需要使用“延时”节点,具体流程如下图5所示。

图5  自动起落架的程序设计图

        程序数据的传输分成2部分:1.当检测到车时,触发红外数字避障传感器通过“改变”节点向舵机发送“75”,舵机即可转动75°。2.当未检测到车时,延迟2秒像舵机几点发送0数据,将舵机复位。

 

 

(三)节点设置

        为了使红外避障传感器实时工作,我们需要在其前面加入一个启动开关节点。

图 6“启动开关”节点设置

 

        为了检测是否有车辆通过,我们需要使用红外数字避障传感器。本案例中我们将针脚设置D5。

图 7“红外避障传感器”节点设置

        在红外避障传感器发送出数据后,我们需要对数据进行判断。如果为1,则对其进行改变,如果为0,则进行延迟处理。对此我们需要加入一个判断节点,节点设置如下。

图8 “判断”节点设置

 

 

        舵机在自动起落架制作过程中至关重要,我们需要对“舵机”节点进行设置,在本案例中,我们将舵机针脚设置为数字输出针脚11(D11),如下图8所示:

   

图9 “舵机”节点设置

 

        在触发红外数字避障传感器后,需要向舵机传输转动的角度。需要引入“改变”节点,并对“设置”下拉框进行数字设置。具体如图 9所示。

图 10  “改变”节点设置

          为了使舵机在2秒钟后复位,我们需要加入一个延迟节点。节点设置如下:

 图 11  “延迟”节点设置

 

          我们可以加入一个串口调试节点用于接受各节点发出的信息,进行程序调试。

图 12“串口调试”节点设置

        通过对以上节点的设置,将各个节点连接起来,就实现我们的自动起落架程序编写。

(四)效果测试

        点击“部署”按钮,可以观察自动起落架是否正常工作。当车辆通过时,红外数字避障传感器尾部发出红光(如果连接出错,则会一直出现红光),舵机转动,2s后舵机自动复原。如果不能正常工作,可以老师或同学交流查找问题所在。最后,分享自己的作品和经验。

五、挑战自我

        每次检测到汽车时舵机转动的角度总是固定的,功能比较单一。我们能不能实现旋钮传感器控制舵机转动角度呢?舵机转动的角度随着旋钮传感器角度的改变而改变,动手试试吧。

六、扩展阅读

红外数字避障传感器的原理

        数字避障传感器的原理同蝙蝠相似,都是通过发出一定频率的超声波,当遇到障碍物时反射回来,通过接收该反射波,再根据发射和接收的时间差获得障碍物位置信号确定障碍物位置,但超声波探测在近距离表现欠佳,因为属机械波,发射时产生的振动会影响接收器,所以有一定的盲区。而红外数字避障传感器解决了这个问题,红外探测是根据反射发出特定频率的红外线确定物体距离的。具体测量过程是这样的,先调节距离旋钮使其探测距离达到所用超声波探测器的盲区最大值,用程序控制探头发射信号,然后捕捉反射信号,若无反射信号说明无障碍,如有反射信号说明有障碍,信号从上拉电阻的OC门取出。

 

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