Локаційні датчики на платі «Сенсори мехатроніки» на базі освітньої платформи National instruments

Abstract

Розглядається організація циклу лабораторних робіт з курсу «Основи мехатроніки» з використанням плати QNET «Mechatronics Sensors» та освітньої платформи NI ELVIS II +, за допомогою якої студент отримує фундаментальні знання в мехатроніці. Пропонуються датчики вимі -рювання відстані до об’єктів та розміру об’єктів, виявлення перешкод і т.п. для промислових роботів та пристроїв мехатроніки. В якості сенсорів зовнішнього середовища використовуються інфрачервоний та ультразвуковий (сонар) локаційні датчики. Для їх дослідження розроблено методику виконання лабораторних робіт. Викладено призначення та принцип роботи локаційних датчиків ближньої дії для виміру відстані до контрольованого об’єкту без безпосереднього контакту з ним. В якості об’єкту дослідження розглядався щільний шматок картону, розміром 10×10 см білого відбивного кольору. Відзначено, що принцип дії інфрачервоного датчика заснований на відстеженні рівня інфрачервоного випромінювання в полі зору датчика, а ультразвукові датчики (сонар) працюють на принципі ехолокації ультразвуком, тобто посилають звукові хвилі високої частоти. Вихідний сигнал датчиків у вигляді аналогової напруги за допомогою мікроконтролера перетворюється у величину відстані. Для кожного типу датчика виконано вимір робочого діапазону та калібрування для збільшення точності вимірювання відстані. Робочий діапазон інфрачервоного датчика складає 17÷47 см, а ультразвукового – 20÷43 см. Відносна похибка інфрачервоного датчика дорівнює 1,53%, а ультразвукового – 0,25%. При виконанні лабораторної роботи наочно показано, що відстань до навколишніх предметів можна вимірювати як за допомогою ультразвукових датчиків (сонарів), так і за допомогою інфрачервоних датчиків. Вибір того чи іншого типу датчика залежить від поставленого завдання та області використання.

The organization of a laboratory work cycle on the course "Fundamentals of Mechatronics" is considered. The QNET Mechatronics Sensors board and the NI ELVIS II + educational platform are used, with which the student receives fundamental knowledge in mechatronics. The sensors proposed in the article are used in industrial robots and mechatronics to measure the distance to objects and the size of objects, detect obstacles, etc. Infrared and ultrasonic (sonar) location sensors are used as external environmental sensors. For their research, a laboratory procedure was developed. The purpose and principle of operation of short-range location sensors for measuring the distance to a controlled object without direct contact with it are given. As the object of study, we used dense cardboard in white reflective color with a size of 10 × 10 cm. It is noted that the principle of operation of the infrared sensor is based on monitoring the level of infrared radiation in the zone of its action. Ultrasonic sensors (sonar) operate on the principle of ultrasonic echolocation, that is, they send high-frequency sound waves. The output of the sensors is an analog voltage. The microcontroller converts it into a distance value. For each type of sensor, measurements of the operating range and calibration were performed to increase the accuracy of dis -tance measurement. The working range of the infrared sensor is 17-47 cm, and the ultrasonic - 20-43 cm. The relative error of the infrared sensor is 1.53%, and that of the ultrasound is 0.25%. When performing laboratory work, it was clearly shown that the distance to surrounding objects can be measured both by ultrasonic sensors (sonar) and by infrared sensors. The choice of one or another type of sensor depends on the task and the field of application.