ROBOTICS CCFZ 1/4/2009

Transcriptie

1 Sensors Als de racerobot tegen de zijkant van de baan, of tegen een mededeelnemer aanrijdt, dan levert dat straftijd op. Daarom is het belangrijk, dat de robot de eigen omgeving in de gaten kan houden. Zintuigen, sensors zijn daarvoor de geschikte hulpmiddelen. Voor wat de techniek van de sensor staan er veel mogelijkheden open. Een aantal daarvan is beschreven in de handleiding: Programmeren van een BoE bot. Hier wordt daaruit een keuze gemaakt. Voelsprieten zijn het eenvoudigst en daar beginnen we mee. Infrarood sensors werken naar onze ervaring het best, en die behandelen we ook. Maar natuurlijk kunnen ook andere mogelijkheden worden verkend. Voelsprieten Voelsprieten, of aanrakingscontacten, zijn uitstekende delen van de robot, die bij aanraking een signaal geven aan de processor. SW stelt in dit schema het contact voor, dat het punt tussen de weerstanden R1 en R2 met aarde verbindt. (0 volt). R1 is 10 k Ω en R2 220 Ω. Wordt de voelspriet niet geraakt, dan is het schakelcontact open en wordt aan het testpunt T praktisch de 5 volt spanning aangeboden. (Van testpunt T wordt nauwelijks stroom afgenomen.) Hieronder een foto van verschillende vormen, waaruit gekozen kan worden. Eigen creaties zijn natuurlijk verder nog mogelijk. Allemaal hebben ze gemeenschappelijk, dat het ene contact vrij van aarde, bij aanraking van de sensor, contact maakt met aarde. 31

2 Je ziet bovenin een elastische voelspriet, zoals die wordt meegeleverd bij de BoEbot. Het haakje links komt onder en geaard schroefje. Het bewegende deel moet zo worden opgesteld, dat het bij een aanraking met een object uit de omgeving contact maakt met de massa van de BoE botschakeling. In het midden is een zelfgemaakte versie. Het essentiële daarvan is, dat het koperen deel geaard wordt. Aan het eind ervan zijn twee ogen gebogen, waardoorheen de elastische veren steken. Deze worden bevestigd met hulp van een kroonsteentje, waarmee de schakeling wordt aangesloten. Tenslotte is een microswitch getoond, waarvan de beweegbare arm dient te worden verlengd om goed te functioneren. Dat kan eenvoudig met hulp van het binnenstukje van een kroonsteentje. Het testpunt T van de schakeling wordt aan een ingang van de PIC processor aangesloten. Die ingang heeft normaal een spanning van 5 volt. In geval van contact met een obstakel wordt de aangeboden spanning 0 volt. Hiervoor dient het commando BTFSC: bit test F Skip if Clear (Test op het bit. Sla de volgende programmaregel over als 0 volt wordt getest. Hiermee moeten we het doen! Met het hieronder vermelde programma wordt poort a0 gecontroleerd. LED lampje b0 brandt enige tijd als contact wordt gemaakt. Voelspriet test Juni 2008 Hans Dorst list p=16f84 errorlevel 302 config 3ffd porta equ 0x05 portb equ 0x06 trisa equ 0x85 trisb equ 0x86 rp0 equ 5 status equ 0x03 temp equ 0x34 loop1 equ 0x30 loop2 equ 0x31 status,rp0 movlw 0xff van poort a alles als ingang instellen movwf trisa bcf status,rp0 status,rp0 movlw 0x00 van poort b alles als uitgang instellen movwf trisb bcf status,rp0 hierboven dus de standaardinstellingen. loop0 btfsc porta,0 test poort a0 goto loop0 test herhalen portb,0 maak poort b0 hoog call vertraging laat LED lampje even aan call vertraging twee keer zo lang 32

3 call vertraging nog een keertje call vertraging anders zie je het nog niet call vertraging zo is het genoeg bcf portb,0 doe lampje b0 weer uit call vertraging goto loop0 ga terug naar om opnieuw te testen ROBOTICS CCFZ vertraging kleinelus aftellen movlw movwf movlw movwf decfsz goto decfsz goto 0xff loop2 0xff loop1 loop1,f aftellen loop2,f kleinelus end niet vergeten programma af te sluiten Als btfsc (porta,0) contact maakt wordt de volgende regel overgeslagen en het lampje wordt aangestuurd. De vertragingstijd zorgt ervoor, dat we even kunnen controleren of er een reactie is. We nemen de vertragingstijd meer keren omdat anders het effect niet goed is te zien. We hadden ook een extra lus kunnen nemen. Uit het gedrag van het lampje op het sluiten van het contact over ra0 blijkt, dat de schakeling en het programma goed functioneren. IR afstandsmeting IR afstandsmeting is veel ingewikkelder. De IR detector is namelijk frequentiegevoelig. Dat wil zeggen, dat het opvallende licht in een bepaald ritme aan en uit moet zijn: afhankelijk van de versie tot keer per seconde. Dat maakt het complexer, maar van deze eigenschap kunnen we ook weer gebruik maken: ieder nadeel heb zijn voordeel. Hierboven het aansluitschema van de onderdelen, die samen de IR afstandsmeting mogelijk maken. Behalve de twee weerstanden R zijn dat de IR LED, die het onzichtbare infrarood licht uitstraalt als er spanning aanwezig is op de aansluiting 33

4 rechts en de IR detector van het type TSOP, met de drie aansluitingen. De uitgang is normaal hoog, maar wordt laag als er infrarood licht wordt ontvangen van de juiste frequentie. Ik maakte op een apart gaatjesbord de proefschakeling. Het IR LEDlampje schijnt direct naar de IR detector. Het geheel ziet er zo uit met de vier aansluitingen: 5 volt spanning en aarde, en voeding voor de het IR LED lampje en de aansluiting van de detector naar de ingang van de processor. Op de foto is te zien, dat de meetpennen voor de oscilloscoop zijn aangesloten. Over de meting met de oscilloscoop komen we verderop nog terug. Op de PIC processor is op rb2 via de gebruikelijke weerstand van ongeveer 440 Ω een rood LED lampje aangesloten om hiermee de kunnen controleren en de schakeling en het programma werken. Natuurlijk kun je ook andere aansluitingen kiezen. TSOP circuits zijn er met verschillende frequenties, van 30 tot 56 khz. De meest gebruikte zijn van 36 en 38 khz. Voor beide soorten wordt hier het programma ontwikkeld. Bij deze frequenties zijn de detectors het meest gevoelig: ostakels tot ongeveer 70 à 80 cm kunnen worden gedetecteerd. Bij een iets van deze frequentie afwijkende waarde moet het obstakel zich dichterbij de detector bevinden om nog te worden opgemerkt. En bij een nog grotere afwijking nog dichter bij. Hiermee kan dus een afstandsmeting worden gerealiseerd. Het is een omvangrijke klus, die voor de eerste keer nogal wat onderzoek vergt. Zoals het hieronder staat is het dus zeker niet de eerste versie van dit deel van de handleiding. Maar door hardnekkig steeds iets nieuws te bedenken en dat uit te proberen moet het lukken. Immers, met de BoE bot lukt het en dan moeten we met de PIC ook een werkend systeem kunnen realiseren. Eerst het stroomdiagram. Ook dat vergt enig puzzelwerk, maar we willen structureel te werk gaan. Begin met een dergelijk schema op een kladblaadje. 34.

5 opnieuw start In loop 1: 10 plaatsen Dec loop Rb0 13 hoog Rb0 13 laag RA0 0 a 1 RB2=0 RB2 = 1 Het werkt aldus. Bij het bovenste wybertje wordt gekeken of loop1 al tien keer is gepasseerd. Is dat niet het geval, 10 met een streepje erboven, dan wordt rb0 hoog en laag gemaakt, elk voor 13. Die 13 μ s zijn zoals het er nu uitziet goede waarden. Hebben we 10 keer de pulsen gemaakt, dan is het antwoord in het wybertje 10 en dan gaan we naar rechts. Daar kijken we of de uitgang van de IR detector 1 of 0 is. Is die 1, dan is er geen obstakel en laten we rb2 laag. Is ra0 gelijk aan 0, dan is een obstakel gedetecteerd en maken we rb2 gelijk 1, waardoor het er op aangesloten LED lampje oplicht. Daarna beginnen we opnieuw met tien pulsen. Wat niet in het schema staat, maar wat wel belangrijk is, is dat de pauze tussen de pulsseries groter is dan de pulsseries zelf duren. Te verwachten valt, dat dit het geval 35

6 zal zijn omdat er toch een en ander gebeuren moet voordat de volgende keer de series gemaakt kunnen worden. Maar dit moeten we checken. De listing ziet er nu zo uit. Infrarood test Juni 2008 Hans Dorst list p=16f84 errorlevel 302 config 3ffd porta equ 0x05 portb equ 0x06 trisa equ 0x85 trisb equ 0x86 rp0 equ 5 status equ 0x03 temp equ 0x34 loop1 equ 0x30 loop2 equ 0x31 loop3 equ 0x32 status,rp0 movlw 0xff van poort a alles als ingang instellen movwf trisa bcf status,rp0 status,rp0 movlw 0x00 van poort b alles als uitgang instellen movwf trisb bcf status,rp0 hierboven dus de sandaardinstellingen. movlw 0x00 maak alle poorten b: 0 movwf portb om schoon te beginnen IRmeting tienkeer obstakelmelding movlw 0x0c tot 10 tellen. Denk er aan waarde te verhogen. movwf loop1 waarde op plaats loop1 decfsz loop1,f loop1 voor 10 keer goto puls goto obstakelmelding bcf portb,2 maak poort b2 laag btfsc porta,0 controleer waarde poort ra0 portb,2 maak poort b2 hoog goto IRmeting puls pulsduur portb,0 uitgang b0 hoog call pulsduur movlw 0x04 loop2 voor pulsduur movwf loop2 aftellenpuls decfsz loop2,f goto aftellenpuls goto pauze 36

7 pulspauze bcf portb,0 uitgang b0 laag movlw 0x02 movwf loop3 aftellenpauze decfsz goto goto end loop3,f aftellenpauze tienkeer Met de stopwatch heb ik de volgende tijden gemeten: Pulsduur 14 Pulspauze 13 Samen komt overeen met 1/27x10 = ca 37 khz. Hiervoor moet de IR detector redelijk gevoelig zijn. En wat blijkt? Er gebeurt geen bliksem. Het eerste waar je aan denkt in dit geval is, dat de IR detector met de verkeerde frequentie is aangestuurd. Op basis van het bovengetekende stroomschema veranderen we het programma in het volgende: Infrarood test Juni 2008 Hans Dorst list p=16f84 errorlevel 302 config 3ffd porta equ 0x05 portb equ 0x06 trisa equ 0x85 trisb equ 0x86 rp0 equ 5 status equ 0x03 temp equ 0x34 loop1 equ 0x30 loop2 equ 0x31 loop3 equ 0x32 loop4 equ 0x33 loop5 equ 0x34 loop6 equ 0x35 results equ 0x36 status,rp0 movlw 0xff van poort a alles als ingang instellen movwf trisa bcf status,rp0 status,rp0 movlw 0x00 van poort b alles als uitgang instellen movwf trisb bcf status,rp0 37

8 hierboven dus de sandaardinstellingen. bcf portb,1 even de niet gebruikte LED's uitzetten bcf portb, = start call pulsuit kijk even naar dit deel van het programma call obstakeltest dit deel geeft de hoofdstroom van de listing goto start pulsduur hiermee moeten we deels de frequentie afstemmen movlw 0x02 plaats waarde in geheugen w movwf loop4 kopier w naar loop 1 opn1 decfsz loop4,f opn voor opnieuw goto opn1 pulspauze ook dit dient ervoor de frequentie te regelen movlw 0x02 movwf loop3 opn2 decfsz loop3,f goto opn2 pulsuit tien pulsen maken we hier movlw 0x0a tot 10 tellen. Denk er aan waarde te verhogen tot b. movwf loop1 waarde op plaats loop1. Tien pulsjes aftellen teller pulsvorm decfsz loop1,f loop1 voor 0a keer goto pulsvorm na 10 keer naar obstakelmeting portb,0 portb,0 portb,0 portb,0 portb,0 call pulsduur bcf portb,0 bcf portb,0 bcf portb,0 bcf portb,0 bcf portb,0 call pulspauze goto teller obstakeltest btfsc porta,1 controleer waarde poort ra0 goto lampuit maak poort b2 laag bij ra0 = 0 wordt overgelagen goto lampaan maak poort b2 hoog lampaan portb,2 results,1 lampuit bcf portb,2 results,0 end 38

9 Het meest opvallende van dit programma is onder Start de serie Call commando s. Dit helpt om een goede structuur te bereiken. Er wordt daarbij telkens naar subroutines verwezen, die elk apart worden ontwikkeld en ook getest kunnen worden. Een verstandige manier van werken, die een transparant programmaverloop mogelijk maakt. Zo ook voor wat betreft de pulsvorm. Om een goede frequentie voor de LED detectie te bereiken kan met dit deel geëxperimenteerd worden. Daarom zijn de vele keren de puntkomma vermeld. Daar gaan we mee spelen om steeds de pulsbreedte en de duur van de pauze tussen de pulsen te kunnen veranderen. Een puntkomma weg laten betekent, dat die regel van kracht is. Ook de beide call s voor pulsduur en pulspauze schakelen we eerst maar eens uit. Op een gegeven moment passen we die dan wel weer toe. De tijd meten we met de stopwatch, waarbij we na een wisseling van de waarde van rb0 van 0 naar 1 of van 1 naar 0 de stopwatch resetten. Dan stappen we zo lang door tot dezelfde wisseling van 0 naar 1 of van 1 naar 0 plaatsvindt. Die tijd is de trillingstijd van onze pulsen. De frequentie kan worden berekend door de gemeten tijd te delen door 1. We ronden af op maximaal 1 cijfer achter de komma in khz. Nadat we zonder de Call mogelijkheid een voldoende aantal metingen hebben gedaan om inzicht te krijgen, gaan we ook deze subroutines op een vergelijkbare manier te lijf. Hoe dat gebeurde staat op volgende tabel. bs bc pulsduur pulsbreedte tijd frequentie f f 1 x 1 x overslaan overslaan khz 2 x 1 x ídem idem khz 3 x 1 x idem idem khz 5 x 1 x idem idem 11 90,9 khz 1 x 2 x idem idem khz 1 x 3 x idem idem khz 1 x 4 x idem idem khz 5 x 5 x idem idem 15 66,7 khz 1 x 1 x 1 x 1 x 12 83,3 khz 1 x 1 x 2 x 1 x 23 43, 5 khz 1 x 1 x 2 x 2 x 29 34,5 khz 1 x 1 x 1 x 2 x 26 38,5 khz 1 x 1 x 2 x 1 x 26 38,5 khz 1 x 1 x 5 x 5 x 47 21,3 khz 39

10 2 x 1 x 1 x 2 x 27 3 x 1 x 1 x 2 x 28 2 x 1 x 2 x 2 x 30 ROBOTICS CCFZ 37 khz 35,7 khz 33,3 khz Naar de laatste regel heb ik toegewerkt, want de BoE bot blijkt voor deze frequentie redelijk gevoelig. Het resultaat: het werkt! De club CCFZ is in het bezit van een oscilloscoop, een meetapparaat, waarmee signalen op een schermpje zichtbaar gemaakt kunnen worden. Deze oscilloscoop, kortweg scoop heeft twee ingangen. Op kanaal 1 tonen we het signaal over de IR LED lamp. In de figuur is dat de onderste lijn, waarvan de tien pulsen zichtbaar zijn. Op het tweede kanaal sluiten we de uitgang van de IR detector aan. Na negen pulsen blijkt de spanning van 5 volt naar 0 volt te veranderen. Die verandering duurt ongeveer 15 μ s, lang genoeg om de processor na de tien pulsen te laten checken of de spanning nog hoog is gebleven (geen obstakel), of dat een obstakel is gedetecteerd. Het enige, dat hierbij niet is getest, is of de juiste frequentie is bereikt voor de grootste gevoeligheid. De meting is namelijk gedaan in een proefopstelling, waarbij het IR LED lampje vlak voor de detector is opgesteld. Afhankelijk van de eigen frequentie van de detector kan het dus nog nodig zijn om nog eens met de puntkomma s onder start te spelen De IR detector hebben we naast de voelsprieten hiermee dus onder de knie. Natuurlijk zijn ook andere sensors mogelijk. In de handleiding voor de BoE bot staan er meer beschreven. Hier beperken we ons tot deze twee soorten sensors en sluiten we dit hoofdstuk af met toch wel een aardige foto van de testopstelling. 40

11 Het ziet er indrukwekkend uit met rechts de schakeling rond de PIC processor met erop aangesloten de lampjes. De groene connector vormt de aansluiting naar de Whisp. Ook hier zijn de testpennen van de scoop zichtbaar. Uiteraard hebben we het programma ook nog een keertje getest met de uiteindelijk gebouwde schakeling. Het printplaatje kan als en soort spoiler voor aan de racerobot worden bevestigd. Merk op, dat het UV licht van het LED lampje nog afgeschermd moet worden, zodat het niet direct de detector kan bereiken, maar altijd eerst via een voorwerp moet worden teruggekaatst. Een ander hulpmiddel is de camera van je mobiele telefoon. Zeker de oudere modellen, maar ook veel nieuwe, zien het IR licht en geven dat blauw weer. Handig hulpmiddel als je twijfelt over de aanwezigheid van het IR licht, of het lampje wel brandt. 41