ROBOT CÂY TRỒNG: 10 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:33

Mọi người đều thích có cây cảnh trong nhà, nhưng đôi khi với cuộc sống bận rộn của chúng ta, chúng ta không tìm thấy thời gian để chăm sóc chúng tốt. Từ vấn đề này, chúng tôi nảy ra một ý tưởng: Tại sao không chế tạo một con rô bốt có thể đảm nhận công việc đó cho chúng tôi?

Dự án này bao gồm một robot thực vật tự chăm sóc. Cây được tích hợp trong robot sẽ có thể tự tưới nước và tìm ánh sáng trong khi tránh chướng ngại vật. Điều này có thể thực hiện được bằng cách sử dụng một số cảm biến trên robot và nhà máy. Hướng dẫn này nhằm mục đích hướng dẫn bạn quy trình tạo ra một robot thực vật để bạn không phải lo lắng về cây trồng của mình mỗi ngày!

Dự án này là một phần của Bruface Mechatronics và đã được thực hiện bởi:

Mercedes Arévalo Suárez

Daniel Blanquez

Baudouin Cornelis

Kaat Leemans

Marcos Martínez Jiménez

Basile Thisse

(Nhóm 4)

Bước 1: DANH SÁCH MUA SẮM

Dưới đây là danh sách mọi sản phẩm bạn sẽ cần để chế tạo robot này. Đối với mỗi phần được gạch chân, một liên kết có sẵn:

Động cơ in 3D hỗ trợ X1 (sao chép ở dạng 3D)

Bánh xe in 3D + kết nối bánh xe-động cơ X2 (sao chép ở dạng 3D)

Pin AA Nimh X8

Cuộn giấy nhám X1

Arduino Mega X1

Bánh xe đẩy bi X1

Giá đỡ pin X2

Breadboard cho các bài kiểm tra X1

Breadboard để hàn X1

Động cơ DC (có bộ mã hóa) X2

Bản lề X2

Ẩm kế X1

Điện trở phụ thuộc ánh sáng X3

Nhảy cầu nam-nam & nam-nữ

Tấm chắn động cơ X1

Plant X1 (tùy thuộc vào bạn)

Chậu cây X1

Hỗ trợ thực vật X1 (in 3D)

Ống nhựa X1

Điện trở có giá trị khác nhau

Giấy nháp X1

Vít

Cảm biến sắc nét X3 (GP2Y0A21YK0F 10-80 cm)

Chuyển đổi X1

Máy bơm nước X1

Bể chứa nước (Tupperware nhỏ) X1

Dây điện

Xin lưu ý rằng những lựa chọn này là kết quả của hạn chế về thời gian và ngân sách (3 tháng và 200 €). Các lựa chọn khác có thể được thực hiện theo quyết định của riêng bạn.

GIẢI THÍCH CÁC LỰA CHỌN KHÁC NHAU

Arduino Mega thay vì Arduino Uno: Đầu tiên, chúng ta cũng nên giải thích lý do tại sao chúng ta lại sử dụng Arduino. Arduino là một nền tảng tạo mẫu điện tử mã nguồn mở cho phép người dùng tạo các đối tượng điện tử tương tác. Nó rất phổ biến giữa cả chuyên gia và người mới, điều này góp phần tìm kiếm rất nhiều thông tin về nó trên Internet. Điều này có thể hữu ích khi gặp sự cố với dự án của bạn. Chúng tôi đã chọn Arduino Mega thay vì Uno vì nó có nhiều chân hơn. Trên thực tế, đối với số lượng cảm biến mà chúng tôi sử dụng Uno không cung cấp đủ chân. Mega cũng mạnh hơn và có thể hữu ích nếu chúng tôi thêm một số cải tiến như mô-đun WIFI.

Pin Nimh: Ý tưởng đầu tiên là sử dụng pin LiPo giống như trong rất nhiều dự án robot. LiPo có tốc độ xả tốt và dễ dàng sạc lại. Nhưng chúng tôi sớm nhận ra rằng LiPo và bộ sạc ở đâu quá đắt. Các loại pin duy nhất khác phù hợp cho dự án này mà Nimh. Thật vậy, chúng rẻ, có thể sạc lại và nhẹ. Để cung cấp năng lượng cho động cơ, chúng ta sẽ cần 8 trong số chúng để đạt được điện áp cung cấp từ 9,6V (phóng điện) đến 12V (sạc đầy).

Động cơ DC có bộ mã hóa: Xem xét mục tiêu chính của bộ truyền động này là cung cấp năng lượng quay cho các bánh xe, chúng tôi đã chọn hai Động cơ DC thay vì Động cơ Servo có giới hạn về góc quay và được thiết kế cho các nhiệm vụ cụ thể hơn, nơi cần xác định vị trí một cách chính xác. Thực tế là có bộ mã hóa cũng làm tăng khả năng có độ chính xác cao hơn nếu cần. Lưu ý rằng cuối cùng chúng tôi đã không sử dụng bộ mã hóa bởi vì chúng tôi nhận ra rằng các động cơ khá giống nhau và chúng tôi không cần robot để đi theo một đường thẳng một cách chính xác.

Có rất nhiều động cơ DC trên thị trường và chúng tôi đang tìm kiếm một loại phù hợp với túi tiền và robot của chúng tôi. Để thỏa mãn các ràng buộc này, hai thông số quan trọng đã giúp chúng tôi chọn động cơ: mômen quay cần thiết để di chuyển rô bốt và vận tốc của rô bốt (để tìm vòng tua máy cần thiết).

1) Tính toán vòng / phút

Robot này sẽ không cần phải phá vỡ rào cản âm thanh. Để đi theo ánh sáng hoặc theo dõi ai đó trong nhà, tốc độ 1 m / s hoặc 3,6 km / h có vẻ hợp lý. Để chuyển nó thành vòng / phút, chúng tôi sử dụng đường kính của bánh xe: 9cm. Vòng / phút được cho bởi: rpm = (60 * tốc độ (m / s)) / (2 * pi * r) = (60 * 1) / (2 * pi * 0.045) = 212 rpm.

2) Tính mômen xoắn cực đại cần thiết

Vì robot này sẽ phát triển trong môi trường phẳng nên mô-men xoắn cực đại cần thiết là mô-men xoắn để bắt đầu chuyển động của robot. Nếu chúng ta coi trọng lượng của robot với nhà máy và mọi bộ phận là khoảng 3 kg và sử dụng lực ma sát giữa bánh xe và mặt đất, chúng ta có thể dễ dàng tìm ra mô-men xoắn. Xét hệ số ma sát giữa mặt đất và bánh xe là 1: Lực ma sát (Fr) = hệ số ma sát. * N (với N là trọng lượng của rô bốt) điều này cho chúng ta Fr = 1 * 3 * 10 = 30 N. Mômen xoắn cho mỗi động cơ có thể được tìm thấy như sau: T = (Fr * r) / 2 trong đó r là bán kính của bánh xe nên T = (30 * 0,045) / 2 = 0,675 Nm = 6,88 kg cm.

Đây là những đặc điểm của động cơ chúng tôi chọn: ở 6V 175 vòng / phút và 4 kg cm ở 12V 350 vòng / phút và 8 kg cm. Biết rằng nó sẽ được cấp nguồn từ 9,6 đến 12V bằng cách thực hiện phép nội suy tuyến tính, rõ ràng là các ràng buộc trên sẽ được đáp ứng.

Cảm biến ánh sáng: Chúng tôi chọn điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR) vì điện trở của chúng thay đổi nhanh chóng theo ánh sáng và điện áp trên LDR có thể dễ dàng đo bằng cách đặt một điện áp không đổi lên bộ chia điện áp có chứa LDR.

Cảm biến sắc nét: Chúng được sử dụng để tránh chướng ngại vật. Cảm biến khoảng cách sắc nét có giá thành rẻ và dễ sử dụng, khiến chúng trở thành một lựa chọn phổ biến để phát hiện và phạm vi đối tượng. Chúng thường có tốc độ cập nhật cao hơn và phạm vi phát hiện tối đa ngắn hơn so với công cụ tìm phạm vi sonar. Trên thị trường có rất nhiều dòng máy khác nhau với phạm vi hoạt động khác nhau. Vì chúng được sử dụng để phát hiện chướng ngại vật trong dự án này nên chúng tôi đã chọn loại có phạm vi hoạt động từ 10-80 cm.

Máy bơm nước: Máy bơm nước là một máy bơm nhẹ và không quá mạnh, tương thích với dải điện áp của động cơ để sử dụng cùng một cấp số liệu cho cả hai. Một giải pháp khác để cung cấp nước cho cây là có một đế chứa nước tách khỏi rô-bốt nhưng đơn giản hơn nhiều nếu có một đế chứa nước trên rô-bốt.

Máy đo độ ẩm: Máy đo độ ẩm là một cảm biến độ ẩm được đặt dưới đất. Điều cần thiết là vì robot cần biết khi nào chậu khô để gửi nước vào nó.

Bước 2: THIẾT KẾ CƠ KHÍ

Về cơ bản, thiết kế của robot sẽ bao gồm một hình hộp chữ nhật, với ba bánh xe ở phía dưới và một nắp mở ở phía trên. Cây sẽ được đặt trên cùng với bể chứa nước. Chậu cây được đặt trong bộ cố định chậu cây được vặn trên tấm ván phía trên của rô bốt. Bình chứa nước bị xước một chút Tupperware ở tấm ván phía trên của robot và máy bơm nước cũng bị xước ở đáy bình chứa nước nên mọi thứ có thể dễ dàng tháo ra khi đổ đầy nước vào Tupperware. Một lỗ nhỏ được tạo ra trên nắp của bể chứa do ống dẫn nước đi vào chậu cây và sự bổ sung của máy bơm đi trong hộp. Do đó, một lỗ được tạo ra ở tấm ván phía trên của hộp và dây cáp của ẩm kế cũng đi qua lỗ này.

Đầu tiên, chúng tôi muốn robot có thiết kế hấp dẫn, đó là lý do tại sao chúng tôi quyết định giấu phần điện tử bên trong một chiếc hộp, chỉ để lại bên ngoài cây và nước. Điều này rất quan trọng vì thực vật là một phần trang trí của ngôi nhà và không nên ảnh hưởng trực quan đến không gian. Các thành phần trong hộp sẽ có thể dễ dàng tiếp cận thông qua một nắp ở phía trên và các nắp bên sẽ có các lỗ cần thiết để có thể dễ dàng bật rô bốt hoặc kết nối Arduino với máy tính xách tay nếu chúng ta muốn để lập trình lại.

Các thành phần trong hộp bao gồm: Arduino, bộ điều khiển động cơ, động cơ, LDR, giá đỡ cọc, bảng mạch và bản lề. Arduino được gắn trên các trụ nhỏ để phần dưới của nó không bị hỏng và bộ điều khiển động cơ được gắn trên đầu của Arduino. Các động cơ được vặn vào các cố định động cơ và các cố định động cơ sau đó được vặn vào tấm ván dưới cùng của hộp. Các LDR được hàn trên một mảnh nhỏ của breadboard. Các tấm ván gỗ nhỏ được dán vào bảng bánh mì này để bắt vít vào các mặt bên của robot. Có một LDR ở phía trước, một ở bên trái và một ở bên phải để robot có thể biết hướng với lượng ánh sáng cao nhất. Các giá đỡ cọc được làm xước ở mặt đáy của hộp để dễ dàng tháo chúng ra và thay đổi cọc hoặc nạp lại chúng. Sau đó, breadboard được vặn vào tấm ván dưới cùng với các trụ nhỏ hình tam giác có lỗ hình dạng của góc của breadboard để hỗ trợ nó. Cuối cùng các bản lề được bắt vít vào mặt sau và mặt trên.

Ở mặt trước, ba mũi nhọn sẽ được vặn trực tiếp để phát hiện và tránh chướng ngại vật tốt nhất có thể.

Mặc dù thiết kế vật lý là quan trọng, chúng tôi không thể quên phần kỹ thuật, chúng tôi đang chế tạo một robot và nó phải thiết thực và càng xa càng tốt, chúng tôi nên tối ưu hóa không gian. Đây là lý do để sử dụng hình chữ nhật, đó là cách tốt nhất được tìm thấy để sắp xếp tất cả các thành phần.

Cuối cùng, để chuyển động, thiết bị sẽ có ba bánh: hai bánh cơ tiêu chuẩn ở phía sau và một bánh lăn ở phía trước. Chúng được hiển thị trong ổ ba chu kỳ, cấu hình, lái trước và lái sau.

Bước 3: SẢN XUẤT BỘ PHẬN

Hình thức bên ngoài của robot có thể được thay đổi dựa trên sở thích của bạn. Bản vẽ kỹ thuật được cung cấp, những gì có thể hoạt động như một nền tảng tốt khi thiết kế của riêng bạn.

Các bộ phận được cắt bằng laser:

Tất cả sáu bộ phận tạo nên vỏ của robot đã được cắt bằng laser. Vật liệu được sử dụng cho việc này là gỗ tái chế. Hộp này cũng có thể được làm bằng Plexiglas đắt hơn một chút.

Các bộ phận in 3D:

Hai bánh xe tiêu chuẩn được đặt ở phía sau của robot đã được in 3D trong PLA. Lý do là cách duy nhất để tìm ra những chiếc bánh xe đáp ứng mọi nhu cầu (phù hợp với động cơ DC, kích thước, trọng lượng…) là tự thiết kế chúng. Việc cố định động cơ cũng được in 3D vì lý do ngân sách. Sau đó, giá đỡ chậu cây, các trụ đỡ Arduino và các góc hỗ trợ bảng mạch cũng được in 3D vì chúng tôi cần một hình dạng cụ thể phù hợp với robot của mình.

Bước 4: ĐIỆN TỬ

Cảm biến sắc nét: Các cảm biến sắc nét có ba chân. Hai trong số chúng dành cho thông số (Vcc và Ground) và tín hiệu cuối cùng là tín hiệu đo được (Vo). Đối với alimentation, chúng tôi có điện áp dương có thể nằm trong khoảng từ 4,5 đến 5,5 V vì vậy chúng tôi sẽ sử dụng 5V từ Arduino. Vo sẽ được kết nối với một trong các chân analog của Arduino.

Cảm biến ánh sáng: Cảm biến ánh sáng cần một mạch nhỏ để có thể hoạt động. LDR được mắc nối tiếp với một điện trở 900 kOhm để tạo ra một bộ chia điện áp. Đất được kết nối tại chân của điện trở không được kết nối với LDR và 5V của Arduino được kết nối với chân của LDR không được kết nối với điện trở. Chân của điện trở và LDR được kết nối với nhau được nối với chân tương tự của Arduino để đo điện áp này. Điện áp này sẽ thay đổi trong khoảng từ 0 đến 5V với 5V tương ứng với ánh sáng đầy đủ và gần bằng 0 tương ứng với bóng tối. Sau đó, toàn bộ mạch sẽ được hàn trên một miếng breadboard nhỏ có thể vừa với các tấm ván bên của robot.

Pin: Pin được làm từ 4 cọc, mỗi cọc từ 1,2 đến 1,5 V nên từ 4,8 đến 6V. Bằng cách đặt hai cọc nối tiếp nhau, chúng ta có từ 9,6 đến 12 V.

Máy bơm nước: Máy bơm nước có kết nối (giắc nguồn) cùng loại với đầu nối của Arduino. Bước đầu tiên là cắt kết nối và loại bỏ dây dẫn để có dây nối đất và dây cho điện áp dương. Khi chúng ta muốn điều khiển máy bơm, chúng ta sẽ đặt nó nối tiếp với một bóng bán dẫn có thể điều khiển hiện tại được sử dụng làm công tắc. Sau đó, một diode sẽ được đặt song song với máy bơm để ngăn dòng ngược. Chân dưới của bóng bán dẫn được kết nối với mặt đất chung của Arduino / pin, chân giữa với chân kỹ thuật số của Arduino với điện trở 1kOhm mắc nối tiếp để biến đổi điện áp của Arduino thành dòng điện và chân trên thành cáp đen của máy bơm. Sau đó, cáp màu đỏ của máy bơm được kết nối với điện áp dương của pin.

Động cơ và tấm chắn: Tấm chắn cần được hàn, nó được vận chuyển không hàn. Khi điều này được thực hiện, nó được đặt trên Arduino bằng cách cắt tất cả các tiêu đề của tấm chắn vào các chân của Arduino. Tấm chắn sẽ được cấp nguồn bằng pin và sau đó nó sẽ cấp nguồn cho Arduino nếu bật jumper (chân màu cam trong hình). Hãy cẩn thận không đặt jumper khi Arduino được cấp nguồn bằng một phương tiện khác không phải là tấm chắn vì Arduino khi đó sẽ cấp nguồn cho tấm chắn và nó có thể làm cháy kết nối.

Breadboard: Tất cả các thành phần bây giờ sẽ được hàn trên breadboard. Mặt đất của một giá đỡ cọc, Arduino, bộ điều khiển động cơ và của tất cả các cảm biến sẽ được hàn trên cùng một hàng (trên các hàng breadboard của chúng tôi có cùng tiềm năng). Sau đó, cáp màu đen của chủ cọc thứ hai sẽ được hàn trên cùng hàng với cáp màu đỏ của chủ cọc thứ nhất đã được hàn nối đất. Sau đó, một sợi cáp sẽ được hàn trên cùng một hàng với sợi cáp màu đỏ của giá đỡ cọc thứ hai tương ứng với hai cái mắc nối tiếp. Cáp này sẽ được kết nối với một đầu của công tắc và đầu kia sẽ được kết nối với một dây hàn trên breadboard trên một hàng tự do. Cáp màu đỏ của máy bơm và bộ điều khiển động cơ sẽ được hàn vào hàng này (công tắc không được trình bày trên hình). Sau đó, 5V của Arduino sẽ được hàn trên một hàng khác và điện áp đo của mọi cảm biến sẽ được hàn trên cùng một hàng. Cố gắng hàn một jumper trên breadboard và jumper trên linh kiện khi có thể để bạn có thể dễ dàng ngắt kết nối chúng và việc lắp ráp các thành phần điện sẽ dễ dàng hơn.

Bước 5: LẬP TRÌNH

Lưu đồ chương trình:

Chương trình đã được giữ khá đơn giản bằng cách sử dụng khái niệm về các biến trạng thái. Như bạn có thể thấy trong sơ đồ, các trạng thái này cũng tạo ra khái niệm về mức độ ưu tiên. Robot sẽ xác minh các điều kiện theo thứ tự sau:

1) Ở trạng thái 2: Cây có đủ nước với chức năng cấp độ ẩm không? Nếu độ ẩm đo được bằng ẩm kế dưới 500, máy bơm sẽ được vận hành cho đến khi độ ẩm vượt quá 500. Khi cây có đủ nước, rô bốt sẽ chuyển sang trạng thái 3.

2) Ở trạng thái 3: Tìm hướng có nhiều ánh sáng nhất. Ở trạng thái này, cây có đủ nước và cần đi theo hướng có nhiều ánh sáng nhất đồng thời tránh các chướng ngại vật. Hàm light_direction cho biết hướng của ba cảm biến ánh sáng đang nhận được nhiều ánh sáng nhất. Sau đó, robot sẽ vận hành các động cơ theo hướng đó với chức năng follow_light. Nếu mức độ ánh sáng trên một ngưỡng nhất định (đủ_đèn), rô-bốt sẽ dừng để theo dõi ánh sáng vì nó đã đủ ở vị trí này (đèn chiếu sáng). Để tránh chướng ngại vật dưới 15 cm trong khi đi theo ánh sáng, chướng ngại vật có chức năng đã được thực hiện để quay lại hướng của chướng ngại vật. Để tránh các chướng ngại vật một cách hợp lý, hàm né tránh_obstacle đã được thực hiện. Chức năng này vận hành động cơ biết nơi có chướng ngại vật.

Bước 6: LẮP RÁP

Việc lắp ráp robot này thực sự khá dễ dàng. Hầu hết các thành phần được vặn vào hộp để đảm bảo chúng giữ nguyên vị trí của chúng. Sau đó, giá đỡ cọc, bể chứa nước và máy bơm bị trầy xước.

Bước 7: THÍ NGHIỆM

Thông thường, khi chế tạo một robot, mọi thứ không diễn ra suôn sẻ. Rất nhiều thử nghiệm, với những thay đổi sau đây, là cần thiết để có được kết quả hoàn hảo. Đây là một cuộc triển lãm về quá trình của robot thực vật!

Bước đầu tiên là gắn robot với động cơ, Arduino, bộ điều khiển động cơ và cảm biến ánh sáng với một breadboard tạo mẫu. Robot chỉ đi theo hướng mà anh ta đo được nhiều ánh sáng nhất. Một ngưỡng đã được quyết định để ngăn robot nếu nó có đủ ánh sáng. Khi rô-bốt trượt trên sàn, chúng tôi đã thêm giấy nhám trên bánh xe để mô phỏng lốp xe.

Sau đó, các cảm biến sắc nét đã được thêm vào cấu trúc để cố gắng tránh chướng ngại vật. Ban đầu, hai cảm biến được đặt ở mặt trước nhưng một cảm biến thứ ba đã được thêm vào giữa vì các cảm biến sắc nét có góc nhận diện rất hạn chế. Cuối cùng, chúng tôi có hai cảm biến ở các đầu của robot phát hiện chướng ngại vật bên trái hoặc bên phải và một ở giữa để phát hiện xem có chướng ngại vật phía trước hay không. Các chướng ngại vật được phát hiện khi điện áp trên thanh vượt quá một giá trị nhất định tương ứng với khoảng cách 15cm đến robot. Khi có chướng ngại vật ở một bên, rô bốt tránh nó và khi có chướng ngại vật ở giữa rô bốt sẽ dừng lại. Xin lưu ý rằng chướng ngại vật bên dưới các vật sắc nhọn không thể phát hiện được nên các chướng ngại vật cần phải có độ cao nhất định để tránh.

Sau đó, máy bơm và máy đo độ ẩm đã được kiểm tra. Máy bơm đang gửi nước miễn là điện áp của ẩm kế dưới một giá trị nhất định tương ứng với một chậu khô. Giá trị này được đo và xác định bằng thực nghiệm bằng cách thử nghiệm với cây trồng trong chậu khô và ẩm.

Cuối cùng mọi thứ đã được thử nghiệm cùng nhau. Trước tiên, cây kiểm tra xem nó có đủ nước hay không và sau đó bắt đầu chạy theo ánh sáng trong khi tránh chướng ngại vật.

Bước 8: KIỂM TRA CUỐI CÙNG

Đây là video về cách hoạt động của robot cuối cùng. Hy vọng la bạn se thich no!

Bước 9: CHÚNG TÔI ĐÃ HỌC ĐƯỢC GÌ VỚI DỰ ÁN NÀY?

Mặc dù phản hồi chung về dự án này là rất tốt vì chúng tôi đã học hỏi được rất nhiều điều, nhưng chúng tôi đã khá căng thẳng khi xây dựng nó do quá thời hạn.

Những vấn đề bắt gặp

Trong trường hợp của chúng tôi, chúng tôi đã gặp một số vấn đề trong quá trình này. Một số trong số đó rất dễ giải quyết, chẳng hạn như khi việc giao linh kiện bị chậm trễ, chúng tôi chỉ cần tìm các cửa hàng trong thành phố là có thể mua được. Những người khác yêu cầu suy nghĩ nhiều hơn một chút.

Thật không may, không phải mọi vấn đề đều được giải quyết. Ý tưởng đầu tiên của chúng tôi là kết hợp các đặc tính của vật nuôi và thực vật, tận dụng những đặc điểm tốt nhất của từng loại. Đối với cây trồng chúng ta có thể làm được, với robot này, chúng ta sẽ có thể có một cây trồng trang trí nhà cửa của chúng ta và chúng ta sẽ không phải chăm sóc nó. Nhưng đối với những con vật nuôi, chúng tôi không tìm ra cách mô phỏng công ty mà chúng tạo ra. Chúng tôi đã nghĩ ra nhiều cách khác nhau để khiến nó theo dõi mọi người và chúng tôi bắt đầu thực hiện một cách nhưng chúng tôi thiếu thời gian để hoàn thành nó.

Cải tiến hơn nữa

Mặc dù chúng tôi rất muốn có được mọi thứ chúng tôi muốn, nhưng việc học được với dự án này thật tuyệt vời. Có lẽ với nhiều thời gian hơn nữa, chúng ta có thể có được một con robot tốt hơn nữa. Sau đây, chúng tôi đề xuất một số ý tưởng để cải thiện rô bốt của chúng tôi mà có thể một số bạn muốn thử:

- Thêm các đèn led với nhiều màu sắc khác nhau (đỏ, xanh lá cây,…) cho người dùng biết khi nào nên sạc robot. Phép đo pin có thể được thực hiện bằng bộ chia điện áp có điện áp tối đa là 5V khi pin được sạc đầy để đo điện áp này bằng Arduino. Khi đó đèn led tương ứng được bật.

- Thêm cảm biến nước cho người dùng biết khi nào nên đổ đầy bình chứa nước (cảm biến độ cao nước).

- Tạo giao diện để robot có thể gửi tin nhắn cho người dùng.

Và rõ ràng, chúng ta không thể quên mục tiêu làm cho nó theo dõi mọi người. Thú cưng là một trong những thứ mà mọi người yêu thích nhất, và sẽ thật đáng yêu nếu ai đó có thể làm được việc robot mô phỏng hành vi này. Để tạo điều kiện thuận lợi, ở đây chúng tôi sẽ cung cấp tất cả những gì chúng tôi có.

Bước 10: Làm thế nào để Robot theo dõi mọi người?

Chúng tôi đã tìm ra cách tốt nhất để làm điều đó là sử dụng ba cảm biến siêu âm, một bộ phát và hai bộ thu.

Hệ thống điều khiển

Đối với máy phát, chúng tôi muốn có chu kỳ làm việc 50%. Để làm điều này, bạn phải sử dụng bộ hẹn giờ 555, chúng tôi đã sử dụng NE555N. Trong hình, bạn có thể thấy mạch nên được xây dựng như thế nào. Nhưng bạn sẽ phải thêm một tụ điện phụ ở đầu ra 3, 1µF chẳng hạn. Điện trở và tụ điện được tính theo công thức sau: (hình 1 & 2)

Bởi vì chu kỳ làm việc 50% là mong muốn, t1 và t2 sẽ bằng nhau. Vì vậy, với một máy phát 40 kHz, t1 và t2 sẽ bằng 1,25 * 10-5 s. Khi bạn lấy C1 = C2 = 1 nF, có thể tính được R1 và R2. Chúng tôi lấy R1 = 15 kΩ và R2 = 6,8 kΩ, đảm bảo rằng R1> 2R2!

Khi chúng tôi kiểm tra điều này trong mạch trên máy hiện sóng, chúng tôi nhận được tín hiệu sau. Thang đo là 5 µs / div nên tần số trong thực tế sẽ là khoảng 43 kHz. (Hình 3)

Người nhận

Tín hiệu đầu vào của bộ thu sẽ quá thấp để Arduino xử lý chính xác, vì vậy tín hiệu đầu vào cần được khuếch đại. Điều này sẽ được thực hiện bằng cách chế tạo một bộ khuếch đại đảo.

Đối với opamp, chúng tôi sử dụng LM318N, được cấp nguồn bằng 0 V và 5 V từ Arduino. Để làm được điều này, chúng tôi phải tăng điện áp xung quanh tín hiệu dao động. Trong trường hợp này, sẽ hợp lý khi tăng nó lên 2,5 V. Vì điện áp nguồn không đối xứng, chúng ta cũng phải đặt một tụ điện trước điện trở. Bằng cách này, chúng tôi cũng đã tạo một bộ lọc thông cao. Với các giá trị mà chúng tôi đã sử dụng, tần số cần phải cao hơn 23 kHz. Khi chúng tôi sử dụng bộ khuếch đại A = 56, tín hiệu sẽ đi vào trạng thái bão hòa không tốt, vì vậy chúng tôi sử dụng A = 18 thay thế. Điều này vẫn sẽ là đủ. (Hình 4)

Bây giờ chúng ta có một sóng xoang khuếch đại, chúng ta cần một giá trị không đổi để Arduino có thể đo được nó. Một cách để làm điều đó là tạo một mạch dò đỉnh. Bằng cách này, chúng ta có thể xem liệu máy phát có ở xa máy thu hơn hoặc ở một góc khác so với trước đây hay không bằng cách có một tín hiệu không đổi tỷ lệ với cường độ của tín hiệu nhận được. Bởi vì chúng tôi cần một máy dò đỉnh chính xác, chúng tôi đặt điốt, 1N4148, vào bộ theo điện áp. Bằng cách đó, chúng tôi không có mất mát diode và chúng tôi đã tạo ra một diode lý tưởng. Đối với opamp, chúng tôi sử dụng cùng một cái như trong phần đầu tiên của mạch và với cùng một nguồn điện, 0 V và 5V.

Tụ điện song song cần phải có giá trị cao, vì vậy nó sẽ phóng điện rất chậm và chúng ta vẫn thấy loại có cùng giá trị đỉnh với giá trị thực. Điện trở cũng sẽ được đặt song song và sẽ không quá thấp, vì nếu không thì phóng điện sẽ lớn hơn. Trong trường hợp này, 1,5µF và 56 kΩ là đủ. (Hình 5)

Trong hình, có thể thấy mạch tổng. Đầu ra ở đâu là đầu ra, sẽ đi vào Arduino. Và tín hiệu AC 40 kHz sẽ là bộ thu, nơi đầu kia của nó sẽ được kết nối với mặt đất. (Hình 6)

Như chúng tôi đã nói trước đây, chúng tôi không thể tích hợp các cảm biến trong robot. Nhưng chúng tôi cung cấp các video của các bài kiểm tra để cho thấy rằng mạch hoạt động. Trong video đầu tiên, có thể thấy sự khuếch đại (sau OpAmp đầu tiên). Trên máy hiện sóng đã có độ lệch 2,5V nên tín hiệu nằm ở giữa, biên độ thay đổi khi các cảm biến đổi hướng. Khi hai cảm biến đối diện nhau, biên độ của xoang sẽ cao hơn so với khi các cảm biến có góc hoặc khoảng cách lớn hơn giữa cả hai. Trên video thứ hai (đầu ra của mạch), tín hiệu đã được chỉnh lưu có thể được nhìn thấy. Một lần nữa, tổng điện áp sẽ cao hơn khi các cảm biến đối mặt với nhau so với khi không. Tín hiệu không hoàn toàn thẳng do sự phóng điện của tụ điện và do vôn / div. Chúng tôi có thể đo tín hiệu liên tục giảm khi góc hoặc khoảng cách giữa các cảm biến không còn tối ưu nữa.

Sau đó, ý tưởng là làm cho robot có bộ thu và người dùng là bộ phát. Robot có thể tự bật để phát hiện hướng nào có cường độ cao nhất và có thể đi theo hướng đó. Một cách tốt hơn có thể là có hai bộ thu và theo dõi bộ thu phát hiện điện áp cao nhất và một cách tốt hơn nữa là đặt ba bộ thu và đặt chúng giống như LDR để biết tín hiệu của người dùng được phát ra theo hướng nào (thẳng, trái hay phải).