Устройство индикации и сбора информации с датчиков....или обратная связь по-русски.

В мобильной автономной робототехнике существует необходимость в обратных связях, замыкаемых через внешние датчики. Кроме того, робот должен иметь устройства индикации, чтобы пользователь имел представление о текущем состоянии. Требования по функционалу к такому устройству в данном случае были:

- Сбор информации с датчиков расстояния Sharp различных моделей (GP2D120, GP2D12,  GP2Y0A02YK0F,GP2Y0A21YK0F)

- Работа с датчиками цвета (OR-Bwsens)

- Наличие концевых выключателей

- Подключение УЗ дальномеров Maxbotix различных моделей (EZ1,EZ2)

- USB интерфейс коммуникации с верхним уровнем управления.

- Защита от КЗ, переполюсовки, перенапряжения, предупреждение о низком уровне напряжения питания

- Управление включением питания периферийных устройств

- Стандартизованный протокол передачи данных ModBus.

- Вывод информации на знакосинтезирующий дисплей.

- Возможность управления сервоприводами Dynamaxel AX-12, объединенных в сеть, через второй порт USB

Характеристики платы:

-напряжение питания 9-72 вольта

- 2 разъема питания. Требует 2 аккумулятора

- 2 USB

- выводы питания для 11 периферийных устройств с возможностью отключения питания на 4

- Защита по общему току до 16А

- Диапазон бортовых напряжений: 5 вольт, напряжение питания, половина напряжения питания

1 релейных выход до 10 А с опторазвязкой

Столь богатый и несколько противоречивый набор оборудования был возложен на это устройство в связи с разработкой его для соревнований Евробот 2011. Но в целом, это по силам  контроллеру Atmega 32, в чем мы с вами ниже убедимся.

Краткое описание работы устройства:

1. Для сбора данных с датчиков расстояния Sharp  серии GP2Dxxxx был использован АЦП контроллера, характеристика датчиков была обращена и приняла линейный вид,  график функции был определен через 2 точки: ближашую и дальнюю. Таким образом 2 коэффициента характеристики были вычислены для каждого типа датчиков. Для фильтрации данных применен медианный фильтр размером 7 элементов. Усредняющий фильтр также показал себя неплохо.

2. Работа с датчиками цвета Or-BWSENS описана здесь

3.  По поводу дальномеров MaxBotix. Снимать с них данные можно также используя медианный фильтр. Усредняющий фильтр показывает плохие результаты.  Но,  точность показаний этого датчика все равно оставляет желать лучшего, также характерно дрожание сигнала вблизи электромагнитных и звуковых помех. По общему мнению принято решение не использовать эти датчики в проекте.

4. USB интерфейс реализован на преобразователе USB-UART  FT232RL.

5.  Защита от КЗ - самовосстанавливающиеся предохранители на каждое периферийное устройство, общий стеклянный сильноточный сменный предохранитель. Защита от переполюсовки основана на самооткрывании Mosfet транзистора при правильном включении. Защита от перенапряжения - здесь решается большим диапазоном входных напряжений DC DC импульсного преобразователя. Защита от низкого напряжения питания - реализована на уровне прошивки платы с помощью измерения напряжения АЦП.

6.  Сильноточное твердотельное реле включает периферийные устройства

7.  Любимый нами протокол ModBus мы уже описывали и выкладывали код здесь.

8.  Вывод информации на дисплей также уже описан и описание вместе с  кодом находится здесь.

9. О работе с сервоприводами dynamaxel AX-12 скоро будет доступно в этой статье.

Теперь об общих принципах работы:

Основной цикл прошивки занимается получением данных с устройств и записью их в рабочие регистры протокола ModBus. Вывод на дисплей осуществляется 2 раза в секунду в прерывании, чтобы разгрузить основной цикл контроллера.  Устройство старта робота и переключатель положения также присоединены к этой плате.  Плата двухслойная, размер 150х100мм. Разъем программатора Jtag на борту.

В нашей архитектуре в соревнованиях Евробот 2011 плата выполняет роль электрического щита. От нее питаются остальные периферийные устройства. Суммарный ток при этом через плату может достигать 20А по земле.

Мы пока не решили, стоит ли выкладывать код и схемы проекта, окончательное решение будет принято после окончания соревнований Eurobot 2011, так что следите за темой.

Leave a Reply

You must be logged in to post a comment.