Лабораторная работа 18. Датчик линии
Цель работы:
Знакомство с принципом работы цифровых и аналоговых датчиков линии, а также применение полученных знаний и навыков для создания программы по управлению и анализу данных с датчиков.
Теоретическая часть
Датчик — средство измерений, предназначенное для выработки сигнала измерительной информации в форме, удобной для передачи, дальнейшего преобразования, обработки и хранения, но не поддающейся непосредственному восприятию наблюдателем. Датчики разделяют на аналоговые и цифровые.
Аналоговый датчик генерирует на выходе аналоговый сигнал, значение уровня которого получается функцией времени, и изменение такого сигнала происходит непрерывно - сигнал принимает постоянно какое-нибудь значение из множества возможных значений. Аналоговые датчики подходят для отслеживания непрерывно изменяющихся физических величин, например, напряжение на выводах термопары сигнализирует об изменении температуры, а напряжение на вторичной обмотке трансформатора тока оказывается в определенный период пропорционально току контролируемой цепи. Микрофон является датчиком изменения давления от звуковой волны.
Цифровые же датчики генерируют на выходе сигнал, который можно записать в форме последовательности цифровых значений. Зачастую, сигнал двоичный, то есть имеется либо высокий уровень сигнала, либо низкий (нулевой). В случае, когда сигнал цифрового датчика необходимо передать по аналоговому каналу, например, по радио, прибегают к применению модуляции.
Цифровые датчики доминируют в системах связи, поскольку их выходные сигналы легко регенерировать в ретрансляторе, даже если присутствует шум. А аналоговый сигнал, в этом смысле, будет искажен шу- мом, и данные окажутся недостоверными. По этой причине цифровые датчики более приемлемы при передаче информации.
Датчик линии (Рисунок 18.1) позволяет определять цвет поверхности около датчика. Выходным сигналом датчика является простой бинарный цифровой сигнал: логические «0» или «1», в зависимости от цвета, который он видит перед собой. Логическая единица обозначает чёрный цвет (или пустоту), а логический ноль — не чёрный.
Основной фотоэлемент датчика работает в инфракрасном спектре. На сенсоре дополнительно установлен светодиод, который загорается, когда поверхность под датчиком светлая. Это удобно для диагностики и настройки.
Рисунок 18.1. Внешний вид датчика линии
Переменный резистор, установленный на сенсоре, позволяет регулировать чувствительность сенсора в широких пределах внешнего освещения, что позволяет откалибровать датчик под конструкцию, материал покрытия и различные условия.
Если необходимы градации в измерении яркости цвета объекта, не- обходимо подобрать аналоговый датчик линии. Аналоговый датчик, по- мимо определения черного и белого цветов, также способен различать серый цвет, что и даёт возможность контролировать процесс перехода границы от черного к белому.
Основными характеристиками датчиков линии являются: напряже- ние, сила потребляемого тока, чувствительность и погрешность.
Практическая часть
В данной лабораторной работе необходимо разработать программу, которая будет зажигать или гасить светодиод, в зависимости от наличия препятствия перед ИК датчиком.
Схема подключения:
К данной рабочей программе используется следующая схема подключения (Рисунок 18.2). Для реализации проекта потребуются следующие компоненты: макетная плата (1 шт), светодиод (1 шт), резистор на 220 Ом (1 шт), цифровой ИК-датчик (1 шт) и провода.
Рисунок 18.2. Схема подключения
После сборки схема имеет следующий вид (Рисунок 18.3):
Рисунок 18.3. Внешний вид схемы после сборки
Рабочая программа:
// Пин датчика
#define sens_pin 3
#define led_pin 12
// Переменная, где будет храниться информация
// о том, что перед датчиком
// черное - true, белое - false
boolean light ;
void setup()
{
pinMode(led_pin, OUTPUT);
}
void loop()
{
light = digitalRead( sens_pin );
if( light == HIGH )
{
digitalWrite( led_pin, HIGH );
}else
{
digitalWrite( led_pin, LOW );
}
}
Список дополнительных вопросов:
- Что такое датчик?
- Что входит в состав датчика?
- В чём принципиальная разница между аналоговыми и цифровыми датчиками?
- Где применяют аналоговые и цифровые датчики?
- В чём преимущества цифрового датчика перед аналоговым?
- Какие основные характеристики датчиков?
- Как работают датчики линии?
- Для чего в датчиках линии применяются переменные резисторы?
Список дополнительных задач:
- Подключить аналоговый ИК датчик и изменить программу таким образом, чтобы с изменением сигнала на датчике, менялась яркость светодиода.
- Подключить серводвигатель и изменить программу таким образом, чтобы при нахождении белого объекта перед датчиком, серводвигатель работал, а при отсутствии объекта - не работал.
Center-nav