Sensoren voor een robot

Sensoren bestaan er in allerlei soorten, prijzen en maten. Daardoor is het moeilijk om de geschikte sensoren voor bijv. een robot te vinden. In dit document geven we uitleg over verschillende type sensoren die je gemakkelijk op het Dwengo-bord kan aansluiten.

Lichtsensor

Geschikte types: Vishay TEPT5600 (NPN-fototransistor)

Wat: De fototransistor geleidt meer stroom naar mate de fototransistor meer belicht wordt. Het plaatsen van een weerstand in serie met de fototransistor zorgt ervoor dat je de hoeveelheid licht kan aflezen in functie van een spanning zoals weergegeven in de schakeling op de figuur. Dit is ideaal om een robot te laten reageren op licht of naar het licht toe te laten rijden.

Hoe: De fototransistor bevat een halfgeleider die gevoelig is voor daglicht. Onder invloed van licht wordt er een basisstroom geïntroduceerd die proportioneel is met de hoeveelheid licht. Deze basisstroom zorgt er voor dat de transistor meer zal geleiden naar mate de hoeveelheid licht toeneemt. Door de fototransistor in een spanningsdeler-configuratie te plaatsen kan de hoeveelheid licht worden gemeten aan de hand van de spanningsval over de transistor. Deze spanningsval kan vervolgens eenvoudig worden ingelezen met het Dwengo-bord.

Aansluiten: Voor je de fototransistor kan gebruiken als lichtsensor moet je een weerstand solderen aan de collector, d.w.z. het korte beentje van de fototransistor. Een waarde van 22 kOhm geeft voor dit type sensoren een geschikt bereik. Je kan de sensor nu aansluiten op de uitbreidingsconnector van het Dwengo-bord door de emittor, het lange beentje van de fototransistor, met de grond te verbinden, het vrije beentje van de weerstand hang je aan de 5 V-pin van de uitbreidingsconnector. Tenslotte wordt de collector (het korte beentje) ook nog aan een analoge ingang van de uitbreidingsconnector verbonden.

Nabijheidssensor

Geschikte types: Avago APDS-9104

Wat: De sensor bestaat uit een infrarood-LED (IR-LED) die licht uitstuurt en een fototransistor. De fototransistor geleidt meer stroom indien meer van het uitgestuurde IR-licht teruggekaatst wordt op de fototransistor. Na het solderen van de juiste weerstanden kan de sensor gebruikt worden om kleine afstanden (< 1 cm) tot objecten waar te nemen of kleurcontrasten op oppervlakken waar te nemen. Dit maakt de sensor uitermate geschikt als lijnsensor in bijvoorbeeld een lijnvolgerrobot. In verkennende robots kan de sensor bijvoorbeeld gebruikt worden om de rand van een tafel te detecteren. Men plaatst de sensor het beste niet verder dan 1 cm van de grond.

Hoe: De sensor bestaat uit een IR-LED en een fototransistor. Door spanning over de IR-LED te brengen stuurt de IR-LED licht uit dat in meer of mindere mate teruggekaatst wordt op bepaalde oppervlakken afhankelijk van de ruwheid en de afstand tot het oppervlak. De fototransistor vangt het weerkaatste licht op en zal stroom geleiden in functie van de hoeveelheid gereflecteerd licht. De stroom door de IR-LED moet beperkt worden door middel van een weerstand van 220 Ohm. De fototransistor kan net als de eerder besproken lichtsensor als een spanningsdeler worden gebruikt met een weerstand van 10 kOhm. Dit staat weergegeven in onderstaande figuur:

Aansluiten: Om deze sensor te gebruiken dien je twee weerstanden aan de sensor te solderen. Dit doe je zoals getoond in de weergegeven schakeling. Let hierbij op het afgesneden hoekje: ook de sensor heeft een afgeschuinde hoek. De pinnen aangeduid met 5 V kan je aan de 5 V-pin van de uitbreidingsconnector van het Dwengo-bord hangen. De massa-pinnen sluit je aan op de massa van de uitbreidingsconnector en de Vout-pin sluit je aan op één van de analoge ingangen.

Afstandssensor voor grotere afstanden

Geschikte types: Sharp GP2D12 (10 cm - 80 cm), GP2D120 (4 cm - 30 cm), GP2Y0A41 (4 cm - 30 cm)

Wat: Deze lange afstandssensor sensor is dankzij de ingebouwde voorwerking zeer eenvoudig te gebruiken. De uitgang van de sensor is een analoge spanningswaarde die varieert in functie van de afstand van een object tot de sensor. De sensor wordt minder nauwkeurig naar mate de afstand toeneemt. Deze sensor is bijvoorbeeld ideaal om een robot te maken die obstakels kan ontwijken. Met deze sensor kan hij de afstand meten tot allerlei objecten.

Hoe: de sensor stuurt infrarood licht uit, dit licht wordt teruggekaatst op een object en door de sensor via een optische lens opgevangen op een sensorarray. Hoe verder het object, hoe scherper de hoek van het teruggekaatste licht, waardoor het licht op een andere plaats op de sensorarray terecht komt. Deze meetmethode maakt de meting ongevoelig voor de hoeveelheid teruggekaatst licht of omgevingslicht.

Aansluiten: Deze sensor heeft drie pinnen die je kan aansluiten op de uitbreidingsconnector van het Dwengo-bord. Via twee pinnen (5 V en GND) wordt de sensor gevoed. De voedingspinnen dienen nog ontkoppeld te worden via een condensator van 1uF die dicht bij de sensor wordt geplaatst. De afstand tot een object kan dan uitgelezen worden via de Vout-pin die je aansluit op een analoge ingang van de uitbreidingsconnector.

Bumpersensor

Geschikte types: niet van toepassing, de sensor is op een eenvoudige manier zelf te maken.

Wat: Met behulp van de bumpersensor kan de robot weten of hij al dan niet tegen een obstakel gebotst is. Standaard staat de uitgang Vout van de sensor op 5 V. Wanneer de sensor echter ingedrukt wordt doordat de robot tegen obstakel rijdt, komt de uitgang van de sensor op 0 V. Enkel de waardes 0 V en 5 V komen op de uitgang zodat deze sensor heel gemakkelijk kan gebruikt worden als digitale sensor door deze aan te sluiten op één van de digitale ingangen van de uitbreidingsconnector.

Hoe: Met behulp van een ijzerdraadje moet men eerst een bumper maken die men dan bevestigd aan de robot. Aan het uiteinde van de bumper bevestigd men een draad Vout en een weerstand van 4,7 kOhm die loopt naar de 5 V zoals op het schema hieronder is weergegeven. Op de robot bevestigd men eveneens een metalen plaatje dat verbonden is met de grond (GND) zodat wanneer de robot ergens tegen botst, de bumper tegen het metalen plaatje komt te liggen. Kijk op de foto hierboven voor een voorbeeld.

Aansluiten: De bumpersensor heeft drie pinnen die men moet aansluiten zoals op het schema hierboven. De digitale uitgang Vout van de sensor kan men aansluiten op eender welke digitale ingang van de uitbreidingsconnector van het Dwengo-bord.