روبات گیاه: 10 مرحله

2024 نویسنده: John Day | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2024-01-30 08:55

همه از داشتن گیاهان در خانه لذت می برند ، اما گاهی اوقات با زندگی شلوغ ما زمان برای مراقبت خوب از آنها نمی یابیم. از این مشکل ما به این ایده رسیدیم: چرا رباتی نسازیم که از آن برای ما مراقبت کند؟

این پروژه شامل یک ربات گیاهی است که از خود مراقبت می کند. این گیاه در ربات یکپارچه شده است و می تواند ضمن اجتناب از موانع ، خود را آبیاری کرده و نور پیدا کند. این امر با استفاده از چندین سنسور روی ربات و گیاه امکان پذیر شده است. هدف این دستورالعمل این است که شما را در روند ایجاد یک ربات گیاهی راهنمایی کند تا مجبور نباشید هر روز نگران گیاهان خود باشید!

این پروژه بخشی از Bruface Mechatronics است و توسط:

مرسدس آروالو سوارز

دنیل بلانکز

بودوین کورنلیس

کات لیمانز

مارکوس مارتینز خیمنز

Basile Thisse

(گروه 4)

مرحله 1: لیست خرید

در اینجا لیستی از هر محصول مورد نیاز برای ساخت این ربات آمده است. برای هر قطعه زیر خط دار پیوند موجود است:

موتورهای چاپ سه بعدی از X1 پشتیبانی می کنند (کپی به صورت سه بعدی)

چاپ سه بعدی چرخ + اتصال چرخ و موتور X2 (کپی به صورت سه بعدی)

باتری های AA Nimh X8

رول کاغذ ساینده X1

آردوینو مگا X1

چرخ کاستور X1

نگهدارنده باتری X2

تخته نان برای آزمایش X1

تخته نان به لحیم X1

موتورهای DC (با رمزگذار) X2

لولا X2

رطوبت سنج X1

مقاومتهای وابسته به نور X3

پرش کنندگان مرد و مرد و زن

سپر موتور X1

گیاه X1 (این بستگی به شما دارد)

گلدان گیاهی X1

پشتیبانی از گیاه X1 (چاپ سه بعدی)

لوله پلاستیکی X1

مقاومت در برابر مقادیر مختلف

کاغذ خراشیده X1

پیچ ها

سنسورهای تیز X3 (GP2Y0A21YK0F 10-80 سانتی متر)

سوئیچ X1

پمپ آب X1

مخزن مخزن آب (Tupperware کوچک) X1

سیم ها

لطفاً توجه داشته باشید که این انتخاب ها ناشی از محدودیت های زمانی و بودجه (3 ماه و 200 یورو) است. انتخاب های دیگر را می توان به اختیار خود انجام داد.

توضیح در مورد انتخاب های مختلف

آردوینو مگا بر آردوینو اونو: در ابتدا ، ما همچنین باید دلیل استفاده از آردوینو را به طور کلی توضیح دهیم. آردوینو یک پلت فرم نمونه سازی الکترونیکی منبع باز است که کاربران را قادر می سازد تا اشیاء الکترونیکی تعاملی ایجاد کنند. بین متخصصان و مبتدیان بسیار محبوب است ، که به یافتن اطلاعات زیادی در مورد آن در اینترنت کمک می کند. این می تواند در هنگام ایجاد مشکل در پروژه شما مفید واقع شود. ما Arduino Mega را از Uno انتخاب کردیم زیرا پین های بیشتری دارد. در واقع ، برای تعداد سنسورهایی که از Uno استفاده می کنیم ، پین کافی ارائه نشده است. Mega همچنین قدرتمندتر است و اگر برخی از پیشرفت ها مانند یک ماژول WIFI را اضافه کنیم ، می تواند مفید باشد.

باتری های نیم: اولین ایده استفاده از باتری های LiPo مانند بسیاری از پروژه های رباتیک بود. LiPo نرخ تخلیه خوبی دارد و به راحتی قابل شارژ است. اما ما به زودی متوجه شدیم که LiPo و شارژر بسیار گران هستند. تنها باتری های دیگر مناسب برای این پروژه در آن Nimh است. در واقع آنها ارزان ، قابل شارژ و سبک هستند. به منظور تغذیه موتور به 8 عدد از آنها نیاز داریم تا ولتاژ منبع تغذیه را از 9.6 ولت (تخلیه) تا 12 ولت (به طور کامل شارژ) بدست آوریم.

موتورهای DC با رمزگذار: با توجه به هدف اصلی این محرک ، تامین انرژی چرخشی به چرخ ها ، ما دو موتور DC را به جای موتورهای سروو انتخاب کردیم که دارای محدودیت در زاویه چرخش هستند و برای کارهای خاص تری طراحی شده اند که در آن موقعیت باید مشخص شود. به درستی. داشتن رمزگذار همچنین امکان داشتن دقت بالاتری را در صورت نیاز اضافه می کند. توجه داشته باشید که ما در نهایت از رمزگذارها استفاده نکردیم زیرا متوجه شدیم که موتورها بسیار شبیه به هم هستند و ما نیازی نداریم که ربات دقیقاً یک خط مستقیم را دنبال کند.

موتورهای DC زیادی در بازار وجود دارد و ما به دنبال موتور مناسب با بودجه و ربات خود بودیم. برای برآوردن این محدودیت ها ، دو پارامتر مهم به ما در انتخاب موتور کمک کردند: گشتاور مورد نیاز برای حرکت ربات و سرعت ربات (برای پیدا کردن دور در دقیقه مورد نیاز).

1) rpm را محاسبه کنید

این ربات نیازی به شکستن مانع صدا نخواهد داشت. برای پیگیری نور یا دنبال کردن شخصی در خانه سرعت 1 متر بر ثانیه یا 3.6 کیلومتر بر ساعت منطقی به نظر می رسد. برای تبدیل آن به دور در دقیقه از قطر چرخ ها استفاده می کنیم: 9 سانتی متر. دور در دقیقه با: rpm = (60*سرعت (m/s))/(2*pi*r) = (60*1)/(2*pi*0.045) = 212 دور در دقیقه داده می شود.

2) حداکثر گشتاور مورد نیاز را محاسبه کنید

از آنجا که این ربات در محیط مسطح تکامل می یابد ، حداکثر گشتاور مورد نیاز برای شروع حرکت ربات است. اگر در نظر بگیریم که وزن ربات با کارخانه و هر جزء در حدود 3 کیلو است و با استفاده از نیروهای اصطکاک بین چرخ ها و زمین به راحتی می توان گشتاور را پیدا کرد. با در نظر گرفتن ضریب اصطکاک 1 بین زمین و چرخ ها: نیروهای اصطکاک (Fr) = ضریب اصطکاک. * N (جایی که N وزن روبات است) این به ما Fr = 1 * 3 * 10 = 30 N می دهد. گشتاور برای هر موتور را می توان به شرح زیر یافت: T = (Fr * r)/2 که در آن r شعاع چرخ ها بنابراین T = (3045/0454)/2 = 0.675 نیوتن متر = 6.88 کیلوگرم سانتی متر.

اینها مشخصات موتور مورد نظر ما است: در دور 6V 175 دور در دقیقه و 4 کیلوگرم سانتی متر در 12 ولت 350 دور در دقیقه و 8 کیلوگرم سانتی متر. با آگاهی از اینکه بین 9.6 تا 12 ولت با استفاده از یک درون یابی خطی تغذیه می شود ، به وضوح به نظر می رسد که محدودیت های فوق برآورده خواهد شد.

سنسورهای نور: ما مقاومتهای وابسته به نور (LDR) را انتخاب کردیم زیرا مقاومت آنها به سرعت با نور متفاوت است و ولتاژ LDR را می توان با اعمال ولتاژ ثابت بر روی تقسیم کننده ولتاژ حاوی LDR به راحتی اندازه گیری کرد.

سنسورهای تیز: از آنها برای جلوگیری از موانع استفاده می شود. سنسورهای فاصله تند ارزان و آسان برای استفاده هستند ، و آنها را به یک انتخاب محبوب برای تشخیص و اندازه گیری اشیا تبدیل می کند. آنها معمولاً نرخ به روز رسانی بالاتری دارند و حداکثر محدوده تشخیص کوتاهتر از محدوده یاب سونار هستند. بسیاری از مدلهای مختلف با محدوده عملکرد متفاوت در بازار موجود است. از آنجا که از آنها برای تشخیص موانع در این پروژه استفاده می شود ، ما یکی را با محدوده عملکرد 10-80 سانتی متر انتخاب کردیم.

پمپ آب: پمپ آب یک پمپ سبک ساده و نه چندان قدرتمند است که با محدوده ولتاژ موتورها سازگار است و از غذای یکسانی برای هر دو استفاده می کند. راه حل دیگر برای تغذیه گیاه با آب این بود که پایه آب جدا شده از ربات وجود داشته باشد ، اما داشتن آن روی ربات بسیار ساده تر است.

رطوبت سنج: رطوبت سنج یک سنسور رطوبت است که باید در زمین قرار گیرد. لازم است زیرا ربات باید بداند که گلدان چه زمانی خشک شده است تا آب را به آن ارسال کند.

مرحله 2: طراحی مکانیکی

اساساً ، طراحی روبات شامل یک جعبه مستطیل شکل است که دارای سه چرخ در قسمت پایین و یک درب است که در قسمت بالا باز می شود. گیاه در بالای مخزن آب قرار می گیرد. گلدان گیاه در تثبیت گلدان گیاه قرار می گیرد که روی تخته بالایی روبات پیچ شده است. مخزن آب کمی Tupperware است که روی تخته بالای ربات خراشیده شده است و پمپ آب نیز در قسمت زیرین مخزن آب خراشیده شده است ، بنابراین هنگام پر کردن مجدد Tupperware با آب ، همه چیز به راحتی برداشته می شود. یک سوراخ کوچک در درب مخزن ایجاد می شود زیرا لوله آب به گلدان گیاه می رود و غذای پمپ داخل جعبه می رود. بنابراین سوراخی در تخته بالای جعبه ایجاد می شود و کابل های رطوبت سنج نیز از این سوراخ عبور می کنند.

در ابتدا ، ما می خواستیم ربات دارای طراحی جذابی باشد ، به همین دلیل تصمیم گرفتیم قسمت الکترونیکی را در داخل یک جعبه پنهان کنیم و آن را بیرون از گیاه و آب بگذاریم. این مهم است زیرا گیاهان بخشی از دکوراسیون خانه هستند و نباید از نظر بصری روی فضا تأثیر بگذارند. اجزای موجود در جعبه از طریق یک درپوش در قسمت فوقانی به راحتی قابل دسترسی خواهند بود و روکش های جانبی دارای سوراخ های لازم خواهند بود به طوری که به عنوان مثال روشن کردن ربات یا اتصال آردوینو به لپ تاپ در صورت تمایل آسان است. تا دوباره برنامه نویسی شود

اجزای موجود در جعبه عبارتند از: آردوینو ، کنترل کننده موتور ، موتورها ، LDR ، نگهدارنده شمع ها ، تخته نان و لولا. آردوینو بر روی ستون های کوچکی نصب شده است تا قسمت پایینی آن آسیب نبیند و کنترل کننده موتور در بالای آردوینو نصب شده باشد. موتورها به تثبیت موتور متصل می شوند و تثبیت کننده های موتور به تخته پایین جعبه پیچ می شوند. LDR روی یک تکه کوچک از تخته نان لحیم می شود. تخته های کوچک چوبی به این تخته نان چسبانده شده اند تا آن را به صورت جانبی ربات بچسبانند. یک LDR در جلو ، یکی در سمت چپ و دیگری در سمت راست وجود دارد تا ربات بتواند جهت را با بیشترین میزان نور بداند. نگهدارنده شمع ها به قسمت زیرین جعبه خراشیده می شوند تا بتوان آنها را به راحتی برداشته و شمع ها را تغییر داد یا آنها را دوباره شارژ کرد. سپس تخته نان به ستون پایینی پیچیده می شود و ستون های کوچک مثلثی شکل دارای سوراخ هایی به شکل گوشه تخته نان برای حمایت از آن هستند. در نهایت لولا در قسمت پشت و روی بالا پیچ می شود.

در قسمت جلویی ، سه تیز مستقیماً به منظور تشخیص و جلوگیری از موانع تا حد امکان پیچ می شوند.

اگرچه طراحی فیزیکی مهم است اما ما نمی توانیم بخش فنی را فراموش کنیم ، ما در حال ساخت یک ربات هستیم و باید عملی باشد و تا آنجا که ممکن است باید فضا را بهینه کنیم. به همین دلیل است که به دنبال شکل مستطیلی هستیم ، این بهترین راهی بود که می توان همه اجزا را مرتب کرد.

در نهایت ، برای حرکت ، دستگاه دارای سه چرخ خواهد بود: دو چرخ استاندارد موتور دار در عقب و یک کاستور جلو در جلو. آنها در حالت سه چرخه ، پیکربندی ، فرمان جلو و رانندگی عقب نمایش داده می شوند.

مرحله 3: تولید قطعات

ظاهر فیزیکی ربات بر اساس علاقه شما قابل تغییر است. نقشه های فنی ارائه شده است ، آنچه ممکن است به عنوان یک زمینه خوب در هنگام طراحی خود کار کند.

قطعات برش خورده لیزری:

هر شش قسمت تشکیل دهنده بدنه این روبات با لیزر برش خورده است. مواد مورد استفاده در این زمینه چوب بازیافت شده است. این جعبه همچنین می تواند از پلکسی ساخته شود که کمی گرانتر است.

قطعات چاپ سه بعدی:

دو چرخ استاندارد که در پشت ربات قرار گرفته اند ، به صورت سه بعدی در PLA چاپ شده اند. دلیل آن این است که تنها راه برای یافتن چرخ هایی که همه نیازها را برآورده می کند (متناسب با موتورهای DC ، اندازه ، وزن …) این بود که خودمان آنها را طراحی کنیم. تثبیت موتور نیز به دلایل بودجه چاپ سه بعدی شد. سپس تکیه گاه گلدان گیاهی ، ستون های پشتیبانی کننده از آردوینو و گوشه های نگهدارنده تخته نان نیز به صورت سه بعدی چاپ شدند زیرا ما به یک شکل خاص در روبات خود نیاز داشتیم.

مرحله 4: الکترونیک

سنسورهای تیز: سنسورهای تیز دارای سه پایه هستند. دو مورد از آنها برای تغذیه (Vcc و Ground) و آخرین مورد سیگنال اندازه گیری شده (Vo) است. برای تغذیه ما ولتاژ مثبتی داریم که می تواند بین 4.5 تا 5.5 ولت باشد بنابراین از 5 ولت آردوینو استفاده می کنیم. Vo به یکی از پین های آنالوگ آردوینو متصل می شود.

سنسورهای نور: سنسورهای نور برای کارکردن به مدار کمی نیاز دارند. LDR به صورت سری با مقاومت 900 کیلو اهم برای ایجاد تقسیم کننده ولتاژ قرار می گیرد. زمین در پین مقاومت متصل به LDR و 5 ولت آردوینو به پین LDR متصل به مقاومت متصل است. پین مقاومت و LDR متصل به یکدیگر به منظور سنجش این ولتاژ به پین آنالوگ آردوینو متصل می شوند. این ولتاژ بین 0 تا 5V متغیر است و 5V مربوط به نور کامل و نزدیک به صفر مربوط به تاریکی است. سپس کل مدار روی تکه کوچکی از تخته نان لحیم می شود که می تواند در تخته های جانبی ربات جا بگیرد.

باتری ها: باتری ها از 4 شمع بین 1.2 تا 1.5 ولت هر کدام بین 4.8 تا 6 ولت ساخته شده اند. با قرار دادن دو نگهدارنده شمع در سری ، بین 9.6 تا 12 ولت داریم.

پمپ آب: پمپ آب دارای اتصال (جک قدرت) از نوع مشابه تغذیه آردوینو است. اولین قدم این است که اتصال را قطع کرده و سیم را خالی کنید تا سیم برای زمین و سیم برای ولتاژ مثبت باشد. همانطور که می خواهیم پمپ را کنترل کنیم ، آن را در سری با ترانزیستور قابل کنترل فعلی که به عنوان سوئیچ استفاده می شود قرار می دهیم. سپس یک دیود به موازات پمپ قرار داده می شود تا از جریانهای عقب جلوگیری شود. قسمت پایینی ترانزیستور به قسمت مشترک آردوینو/باتری ها متصل می شود ، قسمت میانی به پین دیجیتالی آردوینو با مقاومت 1 کیلو اهم به صورت سری برای تبدیل ولتاژ آردوینو به جریان و قسمت پایینی به کابل مشکی متصل می شود. پمپ. سپس کابل قرمز پمپ به ولتاژ مثبت باتری ها متصل می شود.

موتورها و سپر: سپر باید لحیم شود ، بدون لحیم ارسال می شود. پس از انجام این کار ، با بریدن تمام سربرگ های سپر در پین های آردوینو ، روی آردوینو قرار دهید. سپر با باطری تغذیه می شود و در صورت روشن شدن بلوز (در پین های نارنجی رنگ) ، آردوینو را تغذیه می کند. مراقب باشید وقتی آردوینو با وسیله دیگری به غیر از سپر کار می کند ، جهنده را قرار ندهید زیرا در این صورت آردوینو سپر را تغذیه می کند و می تواند اتصال را بسوزاند.

Breadboard: همه اجزاء روی تخته نورد لحیم می شوند. پایه یک شمع نگهدارنده ، آردوینو ، کنترل کننده موتور و همه سنسورها در یک ردیف لحیم می شوند (در ردیف های نان ما پتانسیل یکسانی وجود دارد). سپس کابل سیاه نگهدارنده شمع دوم در همان ردیف قرمز رنگ شمع نگهدارنده اول که زمین آن لحیم شده است لحیم می شود. سپس یک کابل در همان ردیف کابل قرمز نگهدارنده شمع دوم که مربوط به دو سری است لحیم می شود. این کابل به یک سر سوئیچ متصل می شود و سر دیگر آن با سیم لحیم شده روی تخته نان در ردیف آزاد متصل می شود. کابل قرمز پمپ و تغذیه کنترل کننده موتور به این ردیف لحیم می شود (سوئیچ روی شکل نشان داده نشده است). سپس 5 ولت آردوینو در ردیف دیگری لحیم می شود و ولتاژ تغذیه هر سنسور در همان ردیف لحیم می شود. سعی کنید در صورت امکان یک بلوز روی تخته نان و یک بلوز روی اجزا را لحیم کنید تا بتوانید آنها را به راحتی جدا کرده و مونتاژ قطعات برقی آسان تر شود.

مرحله 5: برنامه ریزی

نمودار جریان برنامه:

این برنامه با استفاده از مفهوم متغیرهای حالت نسبتاً ساده نگه داشته شده است. همانطور که در فلوچارت مشاهده می کنید ، این حالات مفهوم اولویت را نیز القا می کنند. ربات شرایط را به این ترتیب بررسی می کند:

1) در حالت 2: آیا گیاه آب کافی با عملکرد رطوبت_ سطح دارد؟ اگر میزان رطوبت اندازه گیری شده توسط رطوبت سنج زیر 500 باشد ، پمپ تا زمانی که سطح رطوبت به بیش از 500 نرسد کار می کند. هنگامی که گیاه دارای آب کافی باشد ، ربات به حالت 3 می رود.

2) در حالت 3: جهت را با بیشترین نور پیدا کنید. در این حالت گیاه به اندازه کافی آب دارد و باید با بیشترین نور و در حالی که از موانع جلوگیری می کند ، مسیر را دنبال کند. عملکرد light_direction جهت سه سنسور نوری را که بیشترین نور را دریافت می کند ، نشان می دهد. ربات سپس موتورها را به کار می گیرد تا آن جهت را با عملکرد follow_light دنبال کند. اگر سطح نور از یک آستانه مشخص (نور_کافی) بیشتر باشد ، ربات متوقف می شود تا نور را دنبال کند زیرا در این موقعیت به اندازه کافی (موتورهای توقف) دارد. به منظور اجتناب از موانع زیر 15 سانتیمتر در حالی که نور را دنبال می کنید ، یک مانع عملکردی برای برگشت جهت موانع اجرا شده است. به منظور اجتناب از موانع به طور صحیح ، تابع escape_obstacle اجرا شده است. این عملکرد موتور را می داند که مانع کجاست.

مرحله 6: مونتاژ

مونتاژ این ربات در واقع بسیار آسان است. اکثر قطعات به جعبه پیچ خورده اند تا مطمئن شوند که جای خود را حفظ کرده اند. سپس نگهدارنده شمع ها ، مخزن آب و پمپ خراشیده می شوند.

مرحله 7: تجربیات

معمولاً هنگام ساختن یک ربات همه چیز به راحتی پیش نمی رود. برای به دست آوردن نتیجه کامل ، آزمایشات زیادی با تغییرات زیر مورد نیاز است. در اینجا نمایی از روند ربات گیاهی است!

اولین قدم این بود که ربات را با موتورها ، آردوینو ، کنترل کننده موتور و حسگرهای نور با یک نمونه اولیه نانوا نصب کرد. این ربات به سمتی می رود که بیشترین نور را اندازه گیری کرده است. برای جلوگیری از ربات در صورت داشتن نور کافی ، آستانه ای تعیین شد. همانطور که ربات روی زمین می لغزد ، ما کاغذ ساینده را روی چرخ ها اضافه کردیم تا یک تایر شبیه سازی شود.

سپس سنسورهای تیز به ساختار اضافه شدند تا از موانع جلوگیری شود. در ابتدا دو سنسور در قسمت جلویی قرار داده شد اما یک سوم در وسط اضافه شد زیرا سنسورهای تیز زاویه تشخیص بسیار محدودی دارند. در نهایت ، ما دو سنسور در انتهای روبات داریم که موانع را در سمت چپ یا راست و یکی در وسط تشخیص می دهد تا تشخیص دهد که آیا مانعی در جلو وجود دارد یا خیر. موانع زمانی تشخیص داده می شوند که ولتاژ نوک تیز از مقدار معینی که مربوط به فاصله 15 سانتی متری از ربات می شود فراتر رود. هنگامی که مانع در یک طرف است ، ربات از آن اجتناب می کند و هنگامی که مانعی در وسط قرار می گیرد ، ربات متوقف می شود. لطفاً توجه داشته باشید که موانع زیر نوک تیز قابل تشخیص نیستند بنابراین برای جلوگیری از موانع باید ارتفاع مشخصی داشته باشید.

پس از آن ، پمپ و رطوبت سنج آزمایش شد. تا زمانی که ولتاژ رطوبت سنج زیر مقدار مشخصی مربوط به گلدان خشک باشد ، پمپ آب ارسال می کند. این مقدار با آزمایش با گیاهان گلدان خشک و مرطوب اندازه گیری و تعیین شد.

در نهایت همه چیز با هم آزمایش شد. گیاه ابتدا آب کافی را بررسی می کند و سپس با اجتناب از موانع ، نور را دنبال می کند.

مرحله 8: آزمایش نهایی

در اینجا ویدئوهایی از نحوه عملکرد بالاخره این ربات ارائه شده است. امیدوارم که شما از آن لذت ببرید!

مرحله 9: با این پروژه چه چیزی آموخته ایم؟

اگرچه بازخورد کلی این پروژه بسیار عالی است زیرا ما چیزهای زیادی آموختیم ، اما هنگام ساختن آن به دلیل ضرب العجل ها بسیار استرس داشتیم.

مشکلات پیش آمده

در مورد ما ، ما چندین مشکل در طول فرآیند داشتیم. حل برخی از آنها آسان بود ، به عنوان مثال وقتی تحویل قطعات به تأخیر افتاد ، ما فقط به دنبال مغازه هایی در شهر بودیم که بتوانیم آنها را بخریم. دیگران کمی تفکر بیشتری نیاز دارند.

متأسفانه همه مشکلات حل نشد. اولین ایده ما این بود که ویژگی های حیوانات خانگی و گیاهان را ترکیب کنیم و از هر یک بهترین استفاده را ببریم. برای گیاهانی که می توانیم این کار را انجام دهیم ، با این ربات می توانیم گیاهی داشته باشیم که خانه های ما را تزئین کند و مجبور نباشیم از آن مراقبت کنیم. اما برای حیوانات خانگی ، ما راهی برای شبیه سازی شرکتی که آنها ساخته اند پیدا نکردیم. ما به راههای متفاوتی فکر کردیم تا بتوانیم آن را به دنبال افراد دیگر بیاوریم ، و شروع به اجرای یکی از آنها کردیم ، اما زمان کافی برای به پایان رساندن آن نداشتیم.

بهبودهای بیشتر

اگرچه ما دوست داشتیم به هر آنچه می خواستیم برسیم ، اما یادگیری با این پروژه شگفت انگیز بود. شاید با گذر زمان بیشتر بتوانیم ربات بهتری تهیه کنیم. در اینجا چند ایده برای بهبود ربات ما پیشنهاد می کنیم که شاید برخی از شما بخواهید آنها را امتحان کنید:

- افزودن چراغهای رنگهای مختلف (قرمز ، سبز ، …) که به کاربر می گوید چه زمانی روبات باید شارژ شود. اندازه گیری باتری را می توان با تقسیم ولتاژ با حداکثر ولتاژ 5 ولت هنگامی که باتری به طور کامل شارژ شده است اندازه گیری کرد تا بتوان این ولتاژ را با آردوینو اندازه گیری کرد. سپس led مربوطه روشن می شود.

- افزودن سنسور آب که به کاربر می گوید چه زمانی باید مخزن آب را دوباره پر کرد (سنسور ارتفاع آب).

- ایجاد یک رابط به گونه ای که ربات بتواند برای کاربر پیام ارسال کند.

و بدیهی است ، ما نمی توانیم هدف پیروی از افراد را فراموش کنیم. حیوانات خانگی یکی از چیزهایی است که مردم بیشتر از همه دوست دارند ، و اگر کسی به این نتیجه برسد که ربات این رفتار را شبیه سازی می کند ، بسیار زیبا خواهد بود. برای تسهیل آن ، در اینجا ما همه چیزهایی را که داریم ارائه می دهیم.

مرحله دهم: چگونه می توان ربات را به دنبال مردم سوق داد؟

ما بهترین راه را برای استفاده از سه سنسور اولتراسونیک ، یک فرستنده و دو گیرنده پیدا کردیم.

فرستنده

برای فرستنده ، ما می خواهیم چرخه کار 50 داشته باشیم. برای انجام این کار ، شما باید از یک تایمر 555 استفاده کنید ، ما از NE555N استفاده کرده بودیم. در تصویر می توانید نحوه ساخت مدار را مشاهده کنید. اما شما باید یک خازن اضافی در خروجی 3 ، برای مثال 1 µF اضافه کنید. مقاومتها و خازنها با فرمولهای زیر محاسبه می شوند: (تصاویر 1 و 2)

از آنجا که چرخه کاری 50٪ مطلوب است ، t1 و t2 برابر یکدیگر خواهند بود. بنابراین با فرستنده 40 کیلوهرتز ، t1 و t2 برابر 1.25*10-5 ثانیه خواهد بود. وقتی C1 = C2 = 1 nF را می گیرید ، R1 و R2 را می توان محاسبه کرد. ما R1 = 15 kΩ و R2 = 6.8 kΩ گرفتیم ، مطمئن شوید که R1> 2R2!

وقتی این را به صورت مدار روی اسیلوسکوپ آزمایش کردیم ، سیگنال زیر را دریافت کردیم. مقیاس 5 µs/div است بنابراین فرکانس در واقعیت 43 کیلوهرتز خواهد بود. (تصویر 3)

گیرنده

سیگنال ورودی گیرنده بسیار کم است تا آردوینو بتواند به طور دقیق پردازش کند ، بنابراین سیگنال ورودی باید تقویت شود. این کار با ساخت تقویت کننده معکوس انجام می شود.

برای opamp ، ما از LM318N استفاده کردیم ، که آن را با 0 ولت و 5 ولت از آردوینو تغذیه می کردیم. برای انجام این کار ، ما مجبور شدیم ولتاژ سیگنالی را که در نوسان است افزایش دهیم. در این حالت منطقی است که آن را به 2.5 ولت برسانیم زیرا ولتاژ منبع متقارن نیست ، ما همچنین باید یک خازن را قبل از مقاومت قرار دهیم. به این ترتیب ، ما یک فیلتر با گذر بالا نیز ساخته ایم. با مقادیری که استفاده کرده بودیم ، فرکانس باید بیشتر از 23 کیلوهرتز باشد. هنگامی که از تقویت کننده A = 56 استفاده می کردیم ، سیگنال به اشباع می رفت که خوب نیست ، بنابراین به جای آن از A = 18 استفاده کردیم. این هنوز هم کافی خواهد بود. (تصویر 4)

اکنون که یک موج سینوسی تقویت شده داریم ، به یک مقدار ثابت نیاز داریم تا آردوینو بتواند آن را اندازه گیری کند. راهی برای انجام این کار ایجاد یک مدار آشکارساز پیک است. به این ترتیب ، با داشتن یک سیگنال ثابت متناسب با شدت سیگنال دریافتی ، می توان دریافت که آیا فرستنده از گیرنده فاصله بیشتری دارد یا زاویه متفاوتی نسبت به قبل دارد یا خیر. از آنجا که ما به یک آشکارساز پیک دقیق نیاز داریم ، دیود 1N4148 را در دنبال کننده ولتاژ قرار می دهیم. با این کار ، هیچ دیودی از دست نمی دهیم و یک دیود ایده آل ایجاد کردیم. برای opamp ، ما از همان قسمت اول مدار و با منبع تغذیه یکسان ، 0 ولت و 5 ولت استفاده کردیم.

خازن موازی باید مقدار بالایی داشته باشد ، بنابراین بسیار آهسته تخلیه می شود و ما هنوز هم همان مقدار اوج را با مقدار واقعی می بینیم. مقاومت نیز به صورت موازی قرار می گیرد و خیلی کم نخواهد بود ، زیرا در غیر این صورت تخلیه بزرگتر خواهد بود. در این حالت ، 1.5 µF و 56 kΩ کافی است. (تصویر 5)

در تصویر ، کل مدار قابل مشاهده است. خروجی کجاست که باید وارد آردوینو شود. و سیگنال AC 40 کیلوهرتز گیرنده خواهد بود ، جایی که انتهای دیگر آن به زمین متصل می شود. (تصویر 6)

همانطور که قبلاً گفتیم ، نمی توانیم سنسورها را در ربات ادغام کنیم. اما ما فیلم های آزمایشات را ارائه می دهیم تا نشان دهیم مدار کار می کند. در اولین ویدئو ، تقویت (پس از اولین OpAmp) قابل مشاهده است. در حال حاضر یک ولتاژ 2.5 ولت روی اسیلوسکوپ وجود دارد ، بنابراین سیگنال در وسط قرار دارد ، دامنه زمانی تغییر می کند که سنسورها جهت خود را تغییر می دهند. هنگامی که دو سنسور رو به روی هم هستند ، دامنه سینوس بیشتر از زمانی است که سنسورها دارای زاویه یا فاصله بزرگتر بین هر دو باشند. در ویدئوی دوم (خروجی مدار) ، سیگنال تصحیح شده دیده می شود. باز هم ، ولتاژ کل هنگامی که سنسورها روبروی یکدیگر هستند بیشتر از زمانی است که این سنسورها نیستند. سیگنال به دلیل تخلیه خازن و ولتاژ/div کاملاً مستقیم نیست. هنگامی که زاویه یا فاصله بین سنسورها دیگر مطلوب نبود ، ما توانستیم سیگنال ثابت را کاهش دهیم.

ایده این بود که ربات گیرنده و کاربر فرستنده را داشته باشد. این ربات می تواند خود را بچرخاند تا در جهتی که بیشترین شدت را دارد تشخیص دهد و می تواند در این جهت حرکت کند. یک راه بهتر می تواند داشتن دو گیرنده و پیگیری گیرنده ای باشد که بیشترین ولتاژ را تشخیص می دهد و راه حتی بهتر این است که سه گیرنده قرار داده و آنها را مانند LDR قرار دهید تا بدانید سیگنال کاربر در چه جهتی ساطع می شود (مستقیم ، چپ یا راست).