Управление сервоприводом с помощью PICAXE и ИК-датчика
Узнайте, как объединить PICAXE, ИК-датчики и сервомотор, чтобы создать устройство, реагирующее на движущийся стимул. Спойлеры: я подключаю его к глазным яблокам, которые могут следовать за пальцем.
Связанная информация
- Управление сервомотором с помощью Arduino
- Сервоуправление с помощью Arduino через MATLAB
- Сервоуправление через USB с помощью SAM4S Xplained Pro
- Управляйте сервоприводом с ПК с помощью Atmel SAM4S
Что такое PICAXE "// www.allaboutcircuits.com/technical-articles/intro-to-picaxe/" target = "_ blank"> Эта статья станет отличной отправной точкой и приведет вас к другим статьям в этой серии
Обзор проекта
Этот проект состоит из построения схемы с использованием общих ИК (инфракрасных) светодиодов для получения ИК-излучения и ИК-фототранзистора для обнаружения отраженного ИК-света. Напряжение от фототранзисторов зависит от интенсивности принимаемого ИК-излучения. Специально запрограммированный микроконтроллер PICAXE преобразует это аналоговое напряжение в цифровой формат и сохраняет его для сравнения с выходом других ИК-фототранзисторов.
На основе относительных уровней ИК-излучения PICAXE сигнализирует о том, что серводвигатель вращается в заданное положение. Таким образом, отраженный ИК-свет может использоваться для управления физическими движениями.
Что такое сервопривод?
Сервоприводы, или, более конкретно, сервомоторы, представляют собой электромеханические устройства, которые состоят из (1) электродвигателя с доступным выходным валом, (2) механизма для определения положения поворота выходного вала и (3) электронных схем для приема управляющих сигналов и соответственно установите выходной вал.
Одним из самых известных применений небольших сервомеханов является перемещение дроссельной заслонки и управление поверхностями самолетов RC (радиоуправление). Сервосистемы доступны в различных размерах, формах и возможностях. Сервоприводом, подходящим для использования в этом проекте, является Tower-Pro MG996R, два из которых показаны на фотографии ниже.
Серводвигатель MG996R работает от 4, 8 В до 7, 2 В и может составлять от 500 мА до почти полного ампер в зависимости от его нагрузки. Выходной вал охватывает диапазон 120 градусов (60 градусов с каждой стороны центра). Для более полного описания загрузите и прочитайте техническое описание. Небольшое онлайн-исследование даст всю информацию, которую вы можете себе представить о серводвигателях.
Технический паспорт MG996R
Цепь IR-сервоконтроллера
Ниже показана схема, схема для сервоуправления IR.
нажмите, чтобы увеличить
Обратите внимание, что есть три идентичные подсхемы производства и обнаружения ИК-излучения: первый состоит из светодиодов 1, LED2, R3, R4 и Q1 (ИК-чувствительный фототранзистор;) второй состоит из светодиодов 3, LED4, R5, R6 и Q2; третий состоит из LED5, LED6, R7, R8 и Q3. В каждой из трех подсхем светодиоды производят инфракрасное излучение, и фототранзистор обнаруживает его и производит напряжение на эмиттерном узле. Как вы видите, нет физической связи с базой фототранзистора; ток коллектора-эмиттера контролируется полученным светом. Таким образом, напряжение вне изменяется по амплитуде в зависимости от интенсивности ИК-излучения, падающего на фототранзистор.
Каждое из трех выходных напряжений представлено через резистор, ограничивающий ток, на один вход U1 (микроконтроллер PICAXE 08M2), где он преобразуется из аналогового в цифровое и запоминается. Переменные резисторы VR1-VR3 используются для уравновешивания напряжений и компенсации неравного количества окружающего света, падающего на каждый из фототранзисторов; уменьшение сопротивления потенциометра уменьшает эквивалентное сопротивление между эмиттером и землей и приводит к более низкому напряжению, приложенному к входному выводу микроконтроллера.
PinC.0 (на ноге 7) U1 - это выход для сигналов управления сервоприводу. R12 представляет собой резистор, ограничивающий ток, который защищает контакт микроконтроллера, подключенный к сигналу, поступающему на сервопривод. Ток от выводов PICAXE не должен превышать 20 мА, а резистор 330 Ом ограничивает ток до 15 мА, если сигнал с высоким логическим напряжением 5 В закорочен на землю.
J1, R1 и R2 составляют схему программирования для U1.
Список запасных частей
В дополнение к ассортименту провода, припоя, перфорирования и хорошо отрегулированного источника питания 5 В постоянного тока, 500 мА вам понадобятся следующие детали:
| Часть Ref. | Описание | Источник | Предмет номер. |
|---|---|---|---|
| LED1, LED2, LED3 | Диод, светоизлучающий, 940 нм, T 1 3/4 | Digi-Key | 160-1062-ND |
| Q1, Q2, Q3 | Фототранзистор, ИК, NPN, 935 нм, T1 | Digi-Key | 365-1066-ND |
| R1 | Резистор, 1/4 Вт, 22 кОм | Digi-Key | 22KQBK-ND |
| R2, R4, R6, R8 | Резистор, 1/4 Вт, 10 кОм | Digi-Key | 10KQBK-ND |
| R3, R5, R7 | Резистор, 1 / 4Q, 27 Ом | Digi-Key | 27QBK-ND |
| R9, R10, R11 | Резистор, 1/4 Вт, 1 кОм | Digi-Key | 1.0KQBK-ND |
| R12 | Резистор, 1/4 Вт, 330 Ом | Digi-Key | 330QBK-ND |
| С1 | Конденсатор, керамика,.1 мкФ, 50 В | Digi-Key | 399-9797-ND |
| J1 | Джек, 3, 5 мм, 3-проводник | Digi-Key | CP1-3533NG-ND |
| VR1, VR2, VR3 | Потенциометр, 1/2 Вт, 10 кОм | Digi-Key | 3362P-1-103LF |
| U1 | Микроконтроллер, PICAXE 08M2 + | PHAnderson.com | PICAXE 08M2 + |
| N / A | Макет, Паяльник, 400 Контакты | Digi-Key | 377-2094-ND |
| N / A | Servo, TowerPro MG996R или эквивалент | Adafruit | 1142 |
Сборка серво контроллера IR
Завершенная сборка ИК-сервоконтроллера показана на фотографии ниже.
Нажмите, чтобы увеличить. В этой статье обсуждается печатная плата материнской платы
Инфракрасная часть схемы (которая находится внутри красного прямоугольника в схеме) построена на перфорированной поверхности внизу фотографии. Оставшаяся часть схемы построена на бесконтактной макете с 400 выводами. Обратите внимание, что номера компонентов и цвета проводов на фотографии согласуются с теми, что указаны в схеме. Это ваш выбор: строить сборку точно так, как показано выше, или разработать собственный макет.
В то время как паяльная макетная часть сборки оставляет мало места для путаницы, инфракрасная часть на перфорированной поверхности может нуждаться в дополнительной информации. Во-первых, на приведенной ниже фотографии показан ИК-светодиод и используемый ИК-фототранзистор, который помогает идентифицировать катодный вывод для светодиода и вывод коллектора для фототранзистора; оба находятся сверху на фотографии и прилегают к плоской секции корпуса устройства. Если вам нужна дополнительная информация, см. Техническое описание (доступно у поставщика) для каждого устройства.
Требуется еще одна дополнительная информация - использование небольшого куска термоусадочной трубки на каждом из трех фототранзисторов, чтобы предотвратить попадание ИК-света в устройство нигде, кроме его закругленного наконечника. Трубка должна быть достаточно длинной, чтобы покрывать боковые стороны корпуса фототранзистора, и ее следует оставить открытым, чтобы открыть закругленный наконечник, как показано на фотографии ниже.
Код
Код показан ниже и хорошо прокомментирован. Если вы не знаете какую-либо часть программы, особенно серво и сервоприводы, обратитесь к основному руководству PICAXE. Статьи PICAXE по программированию на всех кругах, которые начинаются с этого, также являются хорошими ресурсами. Кроме того, форум PICAXE имеет очень знающих и полезных членов, которые готовы и могут помочь в решении проблем.
Вы можете загрузить код, используя кнопку ниже.
ИК-сервоконтроллер
Операция
Как вы, возможно, уже заметили из схемы и кода, работа проекта довольно проста. ИК-свет непрерывно излучается из всех шести светодиодов, и часть этого света принимается каждым из трех ИК-фототранзисторов. Из-за термоусадочной трубки, покрывающей стороны фототранзисторов, большая часть инфракрасного света должна проходить через закругленный конец каждого фототранзистора, отражая его от некоторой поверхности над светодиодами и фототранзисторами. Эта поверхность может быть вашей рукой или вашим лицом или чем-то еще, например листом бумаги, а фототранзистор, находящийся непосредственно под отражающей поверхностью, получит самый отраженный инфракрасный свет.
Если относительно небольшой объект (например, кончик пальца) перемещается вперед и вперед над сборкой из перфорированной пластины, количество отраженного света, которое падает на каждый фототранзистор, будет меняться в зависимости от положения вашего пальца. Фототранзистор непосредственно под вашим пальцем получит больше отраженного ИК-света, чем два других фототранзистора.
Код приводит к тому, что сервопривод перемещается в нужное положение, когда напряжение от правого фототранзистора является самым высоким, в центральное положение, когда напряжение от центрального фототранзистора является самым высоким и в левом положении, когда напряжение от левого фототранзистора равно самый высокий. Таким образом, рычаг, прикрепленный к сервомеханизму, будет располагаться в одном из трех направлений и при правильной настройке будет следовать за вашим пальцем, когда он перемещается вперед и вперед над монтажной сборкой.
Механические инженеры: не смотрите
Хотя практические приложения для принципов, представленных в этом проекте, могут быть найдены, очень непрактичное приложение может быть более увлекательным. В приведенном ниже видео показано простое удовольствие, нецелесообразное использование.
На приведенных ниже снимках показаны детали сервоконтролируемых глазных яблок, используемых в видео.
Как вы заметили, другой сервопривод использовался из списка в списке деталей; любой подобный сервопривод может быть заменен. Не менее очевидным является то, что сборка была изготовлена из кусков дерева, скрепки для бумаг и горячего клея. Все МЭ, несомненно, будут съеживаться и / или хвататься за строительные технологии, но сборка была построена только для удовольствия; каждый может строить свои собственные стандарты и / или симпатию. Используемые глазные яблоки - это 22-миллиметровые акриловые части, доступные на eBay.
Что теперь?
Более веселый среди вас читатель может решить включить этот проект в картину лица с глазами, которые, кажется, следуют за кем-то, движущимся перед картиной. Более серьезные читатели могут предпочесть изменить код для выполнения более сложных операций или перепроектировать схему, чтобы включить больше датчиков и большую PICAXE.,, или уменьшить количество датчиков до одного, и использовать его в качестве триггера для лучшей мышеловки. Независимо от того, что вы можете себе представить, электроника может помочь вам в этом.
Попробуйте этот проект сами! Получить спецификацию.