Pololu Zumo Reflexionssensor-Array für Linienerkennung

Das Zumo-Reflexionssensor-Array bietet eine einfache Möglichkeit, einen Zumo-Roboter um Linienerkennung oder Kantenerkennung zu erweitern. Es verfügt über sechs separate Reflexionssensoren, die jeweils aus einem IR-Sender und einem Fototransistor bestehen, der darauf reagiert, wie viel Licht des Senders zu ihm zurückreflektiert wird. Die beiden äußeren Sensoren sitzen ganz am Rand des Moduls, um ihren Nutzen als Kantendetektoren zu maximieren (z. B. zum Erkennen des weißen Rands eines Sumo-Rings), während die vier inneren Sensoren zur besseren Linienerkennung näher beieinander liegen. Dieser Sensor ist in der montierten Version des Zumo-Roboters enthalten, nicht jedoch in der Bausatzversion.

Das Sensor-Array wird in die vordere Erweiterungsbuchse des Zumo Shields gesteckt, die es mit Strom und den nötigen I/O-Verbindungen versorgt. Standardmäßig ist es mit Pins verbunden, die vom Zumo Shield sonst nicht genutzt werden; das Sensormodul ermöglicht es jedoch, diese Pins neu zuzuordnen oder einzelne Sensoren ganz abzutrennen, um I/O-Leitungen freizugeben. Ausführliche Informationen zur Montage und Verwendung mit dem Zumo-Roboter finden Sie im Benutzerhandbuch des Zumo Shields.

Zumo-Reflexionssensor-Array mit Zumo-Reflexionssensor-Array an Zumo-Reflexionssensor-Array an
beschrifteten Sensoren und Abmessungen. einem Zumo-Roboter. einem Zumo-Roboter, Ansicht von unten.


Im Lieferumfang enthaltene Komponenten

Das Zumo-Reflexionssensor-Array wird mit allen Komponenten geliefert, die Sie zum Anschluss an ein Zumo Shield benötigen:

Zumo-Reflexionssensor-Array
montiert mit beiliegenden Stiftleisten.

Die kurzen Enden der verlängerten 2×12-Stiftleiste sollten wie oben gezeigt an die Platine gelötet werden (mit den Lötstellen auf der Bauteilseite des Arrays). Die beiliegende 2×12-Buchsenleiste sollte, wie im Benutzerhandbuch des Zumo Shields beschrieben, in den vorderen Erweiterungsbereich des Zumo Shields gelötet werden. Das Array wird außerdem mit zwei 1×3-Stiftleisten geliefert: einer geraden und einer abgewinkelten Ausführung. Optional können Sie die 1×3-Stiftleiste Ihrer Wahl an die drei Löcher entlang der Platinenkante löten und mit dem beiliegenden Jumper die entsprechende I/O-Leitung mit dem LEDON-Pin verbinden, um die IR-Sender dynamisch zu steuern (Hinweis: Es ist in der Regel einfacher, die 3-polige Stiftleiste vor der größeren 24-poligen Stiftleiste einzulöten). Wenn es Ihnen genügt, dass die IR-Sender ständig eingeschaltet sind, können Sie auf die 1×3-Stiftleiste verzichten. Das Bild der montierten Einheit oben zeigt die eingelötete abgewinkelte Stiftleiste.

Funktionsweise

Das Array verwendet dieselben Sensormodule wie unsere QTR-Reflexionssensoren und funktioniert nach demselben Prinzip wie unsere QTR-8RC-Version. Das Auslesen jedes Sensors erfolgt wie folgt:

QTR-1RC-Ausgang (gelb) in 1/8" Höhe über einer schwarzen Linie und Zeitmessung dieses Ausgangs durch den Mikrocontroller (blau).

Diese Schritte können in der Regel für alle sechs Sensoren parallel ausgeführt werden. Unsere Zumo-Arduino-Bibliothek bietet Funktionen zum Auslesen der Sensoren und zur Steuerung der Sender (sowie High-Level-Funktionen für kalibrierte Messungen und die Bestimmung der Linienposition), sodass Sie diese Schrittfolge nicht selbst programmieren müssen.

Bei starker Reflexion kann die Abklingzeit nur einige Dutzend Mikrosekunden betragen; ohne Reflexion kann sie bis zu einigen Millisekunden betragen. Aussagekräftige Ergebnisse können in typischen Fällen (d. h. wenn keine feinen Unterschiede bei geringer Reflexion gemessen werden sollen) innerhalb von 1 ms vorliegen, was eine Abtastung aller 6 Sensoren mit bis zu 1 kHz ermöglicht. Reicht eine niedrigere Abtastfrequenz aus, lässt sich durch Ausschalten der LEDs erheblich Strom sparen. Ist beispielsweise eine Abtastrate von 100 Hz akzeptabel, können die LEDs 90% der Zeit ausgeschaltet sein, wodurch die durchschnittliche Stromaufnahme von 40 mA auf 4 mA sinkt.

Um den erforderlichen Senderstrom zu minimieren, sind die IR-LEDs in zwei parallelen Ketten zu je drei angeordnet und werden aus den hochgesetzten 7.45 V des Zumo Shields versorgt. Jede Senderkette ist mit einer roten LED in Reihe geschaltet, sodass erkennbar ist, wann Strom durch die Kette fließt (ob die IR-LEDs leuchten, lässt sich mit bloßem Auge nicht erkennen). Alle IR-Sender-LEDs werden über einen einzigen MOSFET gesteuert, dessen Gate von einem digitalen LEDON-Eingang angesteuert wird, der die Sender aktiviert, wenn er offen bleibt oder auf High gesetzt wird. Wird dieser Eingang auf Low gezogen, sind die Sender deaktiviert. Das Ausschalten der LEDs kann vorteilhaft sein, um den Stromverbrauch zu begrenzen, wenn die Sensoren nicht verwendet werden, oder um die effektive Helligkeit der LEDs per PWM-Steuerung zu variieren. Zudem ermöglicht das Auslesen der Sensoren bei ausgeschalteten Sendern, störendes Umgebungs-IR-Licht zu erkennen (und gegebenenfalls zu kompensieren). Bei eingeschalteten Sendern nimmt das Sensor-Array etwa 40 mA auf.

Schaltplan

Dieser Schaltplan ist auch als PDF zum Herunterladen (211k pdf) verfügbar.

Technische Daten:

Abmessungen

• Größe: 2.6" × 0.6"¹
• Gewicht: 3.6 g²

Allgemeine Daten

• Versorgungsstrom: 40 mA