Difference between revisions of "快速上手 香蕉派 Triode-Car"

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(采集巡线传感器的电压模拟信号)
(采集巡线检测电路的电压模拟信号)
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===采集巡线检测电路的电压模拟信号===
 
===采集巡线检测电路的电压模拟信号===
  
Triode-Car的巡线传感器由两个光敏电阻组合而成,光敏电阻的物理特性是光照越强,阻值越低,而光照越弱,阻值越高。假设通过光敏电阻的电流恒定的话,则光照增强,光敏电阻两端的电压降低,光照减弱,光敏电阻两端的电压增高。
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硬件原理参考“巡线检测电路”中的介绍。
  
Triode-Car专用扩展积木中有可采集巡线传感器的电压模拟信号的"read left/right line tracking sensor"积木,Micro:Bit引脚对0至3.3V电压测量精度为10bit即2^10=1024级,所以调用"read left/right line tracking sensor"积木从对应引脚读到的电压模拟值将为0至1023。
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Triode-Car专用扩展积木中有可采集巡线检测电路的电压模拟信号的"read left/right line tracking sensor"积木。
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Micro:Bit引脚对0至3.3V电压测量精度为10bit即2^10=1024级,所以调用"read left/right line tracking sensor"积木从对应引脚读到的电压模拟值将为0至1023。
  
 
例程如下图所示,在程序中,每间隔100ms通过USB串口将读取到的左右两个传感器的电压模拟值发送给电脑,在MakeCode中打开控制台即可查看实时接收到的信息。
 
例程如下图所示,在程序中,每间隔100ms通过USB串口将读取到的左右两个传感器的电压模拟值发送给电脑,在MakeCode中打开控制台即可查看实时接收到的信息。

Revision as of 19:08, 25 April 2021


产品介绍

BPI Triode-Car 配合 micro:bit 使用
BPI Triode-Car 配合BPI-Bit STEAM 教育开发板 使用
Triode-Car 配合 BPI:AI AI开发板使用

Banana Pi BPI-TriodeCar,是一款专注于教育的廉价机器人。兼容Web:Bit(BPI:bit)和Micro:Bit两款开发板。小巧的车身,大量可扩展的接口,即插即用,能快速小朋友的注意力,完成图形编程的快速入门,培养独立思考能力和逻辑思维能力

关键特性

  • 两种控制模式,可使用比较器(LM393)或者Micro:bit 与 BPI:bit(Web:bit)控制
  • 支持Makecode图形化编程(与mico:bit配合),支持Webduino图形化编程(BPI:bit配合)及MicroPython编程(Micro:bit 与BPI:bit)
  • 车身小巧,整体性强
  • 直流减速电机
  • 兼容乐高积木扩展螺孔。
  • 可扩展红外发射、红外接收、测速、氛围灯、蜂鸣器、舵机等等......功能齐全,扩展性强
  • 有I2C接口(3.3V)、巡线、超声波接口、排针扩展口
  • 轻松上手

使用LM393控制小车

硬件介绍

在Triode-Car中,有两种模式,其中一个是利用自带的LM393控制小车,另一个则是利用BPI:Bit/Mirco:bit控制小车,可以通过小车上面的SW2按键(如图)切换控制方式。

在LM393控制小车的模式中,只有一个功能,即巡线,它由几大部分组成,包括了:巡线检测电路,电压比较电路,驱动电路。

巡线检测电路

在Triode-Car的底部,有两个巡线的检测电路,每一路包含了一个光敏电阻和一个LED。当LED的光照到黑色和白色的材料上面时,由于反光率的不同,光敏的阻值会发生明显的变化。

在Triode-Car中,光敏电阻使用的是GL5506,这个型号的电阻会随着光照的加强而减小,亮电阻(10Lux)是2-5KΩ,暗电阻是0.2MΩ。(亮电阻:用400-600Lux光照射2小时后,在标准光源(色温2854K)10Lux光下的测试值。暗电阻:关闭10Lux光照后第10秒的阻值。)

电压比较电路

LM393 sch.jpg

电压比较电路主要由LM393和一些电阻组成,LM393是双路电压比较器集成电路,有两个独立的电压比较器构成。它的作用是,比较两个输入电压,并根据两路电压的高低改变输出电压的高低。当比较器的正向(正极)大于反向(负极)电压时,输出高电平,当比较器的正向(正极)小于反向(负极)电压时,输出低电平。由于LM393使用的是集电极开路输出,所以需要在输出端加上上拉电阻。

驱动电路

电机驱动电路的主角则是三极管,Triode-Car使用的是S8550,它是一种低电压,大电流,小信号的PNP型硅三极管。最大集电极电流为1.5 A。它可以被用来当成一个低电平触发的开关使用。

控制原理

Triode line l.jpg

如图所示,当小车偏离轨道向左时,右边的光敏电阻会来到黑色跑道的上方,光敏电阻阻值变高,而左边的光敏电阻处于白色地面,此时,LL点的电压会比LR点的电压低,此时,比较器U1A的正向电压高于反向电压,1号引脚输出高电平。同理,U1B的正向电压低于反向电压,7号引脚输出低电平。从而控制左边电机正转,小车右拐,R6和D2离开黑色跑道,直到左边的传感器探测到黑跑道,原理与前面类似。小车在前进过程中不断重复以上动作,从而达到前进的目的。

Triode-Car 配合Micro:Bit 使用MakeCode环境编程

基础教程

导入扩展积木&用microbit按钮控制电机

打开MakeCode,点击"Advanced",再点击最下面的"Extensions",在上方搜索栏中输入 https://github.com/bpi-steam/pxt-triodecar (右键此连接并复制),点击搜索出来的项目,即可导入Triode-Car专用扩展积木。

扩展积木便于初学者理解程序功能并上手使用。

例程如下图,启动或复位时停车,同时按下AB按钮直行,按下A按钮右转,按下B按钮左转。

Triode-Car motor control 1.png

例程项目文件:https://github.com/Wind-stormger/Makecode/blob/master/microbit-Triode-car_motor_control_1.hex

项目文件下载到本地后可导入MakeCode中查看和再编辑,也可直接通过USB烧录到Micro:Bit中直接运行。


调整电机转速

Triode-Car专用扩展积木中有可单独控制左右电机转速的积木,可进行10级调速。

例程如下图所示,按一次A按钮转速加1档,按一次B按钮转速减1档,Micro:Bit显示当前挡位数值。

Triode-Car motor control 2.png

其中"forever"积木会在"on start"积木执行完后开始无限循环执行其内部的积木,而在每次循环的间隙则可执行其他事件处理程序,如on button A/B pressed。

加入了一个"if"判断积木,若变量"speed"值小于0或大于10时,将变量"speed"值设为0,这样可以将值限定在0到10范围内不会溢出而报错。

例程项目文件:https://github.com/Wind-stormger/Makecode/blob/master/microbit-Triode-car_motor_control_2.hex

项目文件下载到本地后可导入MakeCode中查看和再编辑,也可直接通过USB烧录到Micro:Bit中直接运行。


采集巡线检测电路的电压模拟信号

硬件原理参考“巡线检测电路”中的介绍。

Triode-Car专用扩展积木中有可采集巡线检测电路的电压模拟信号的"read left/right line tracking sensor"积木。

Micro:Bit引脚对0至3.3V电压测量精度为10bit即2^10=1024级,所以调用"read left/right line tracking sensor"积木从对应引脚读到的电压模拟值将为0至1023。

例程如下图所示,在程序中,每间隔100ms通过USB串口将读取到的左右两个传感器的电压模拟值发送给电脑,在MakeCode中打开控制台即可查看实时接收到的信息。

Triode-car read LDR.png

例程项目文件:https://github.com/Wind-stormger/Makecode/blob/master/microbit-Triode-car_read_LDR.hex

项目文件下载到本地后可导入MakeCode中查看和再编辑,也可直接通过USB烧录到Micro:Bit中直接运行。

高阶教程

校准巡线检测电路

为了能以较高的灵敏度应用巡线检测电路,我们需要手动对两个光敏电阻对应连接的可调电阻进行微调,使其工作在灵敏度较高的区间内,且应该尽量使相同光照强度下输出的电压模拟量保持相等。

我们可以直接应用基础教程中的“采集巡线检测电路的电压模拟信号”教程中所示的例程来在电脑上输出采集到的电压模拟量数值,然后使用螺丝刀对可调电阻进行调节。

在Micro:Bit所能测量的0-1023级电压模拟量范围内,越靠近中间值,光敏电阻对光照强弱变化的响应灵敏度就越高。

所以对巡线检测电路校准时,应在稳定的环境光下,尽量将两个可调电阻调节到靠近中间值512,并尽量使二者在相同光照强度下输出的电压模拟量的差值减小。

以上实行校准步骤都是建立在保持Micro:Bit与PC连接,Micro:Bit与Triode-Car连接的前提下的,但实际应用中,为了提高使用时的灵敏度,最好直接在实际应用的场景下进行校准。

我们不一定总有条件在实际应用的场景下还能保持Micro:Bit与PC连接。在不能连接PC的时候,就需要提前写好一个可以正确的指引我们校准巡线检测电路的程序。

分析校准的步骤:

  1. 选择先对左侧的可调电阻进行手动调整,使其并联的光敏电阻在Micro:Bit对应引脚上输出的电压模拟量接近中间值。
  2. 在上一个条件满足的前提下调整右侧的可调电阻,使其并联的光敏电阻在Micro:Bit对应引脚上输出的电压模拟量接近另一个光敏电阻。

在程序上这显然是可以通过"if"条件判断来完成的,而对于实际进行手动校准的人,则是需要得到对应条件下使Micro:Bit显示不同图形使人也能得到条件满足的反馈。

例程如下图所示。

Triode-car LDR calibration 1.png

由于例程较为复杂,所以给出一些必要的说明:

  1. 将程序整体放入一个"function"自定义函数中,这有利于我们从认知上在大量积木中区分某一部分的功能,方便后续调用或维护。
  2. 整体由两个"while"循环积木组成,加入了循环条件,这样可以在可调电阻校准完成后改变循环条件退出循环。
  3. 在进入"while"循环之前,使Micro:Bit显示对应的方向指示,给人以直观的行动目标,确认当前应该要进行手动调整的可调电阻。
  4. 第一个"while"循环积木中的程序用于校准左侧光敏电阻,其中"if"判断条件为,左侧光敏电阻输出的电压模拟量大于等于450小于等于550。
  5. 当满足第4条中的"if"判断条件后,使Micro:Bit显示一个表示正确的图形,给人以视觉上反馈,此时人应该停止对左侧的可调电阻的调节,随后延时1000ms再一次进行相同的"if"判断条件,用以消除手动调整可能产生的抖动而带来的误差,当再次确认条件满足时,改变控制这个"while"循环的循环条件以退出循环,执行下一步。
  6. 第二个"while"循环积木中的程序用于校准右侧光敏电阻,其中"if"判断条件为,左右两侧光敏电阻输出的电压模拟量相减,其差值的绝对值小于等于25。

例程项目文件:https://github.com/Wind-stormger/Makecode/blob/master/microbit-Triode-car_LDR_calibration_2.hex

项目文件下载到本地后可导入MakeCode中查看和再编辑,也可直接通过USB烧录到Micro:Bit中直接运行。


巡线行驶

在“校准巡线传感器”之后,我们即可开始对巡线传感器进行有效利用。

根据“巡线检测电路”中的

例程如下图所示。

Triode-car Line Follower.png

例程项目文件:https://github.com/Wind-stormger/Makecode/blob/master/microbit-Triode-car_Line_Follower.hex

项目文件下载到本地后可导入MakeCode中查看和再编辑,也可直接通过USB烧录到Micro:Bit中直接运行。

Triode-Car 配合BPI:Bit 使用Arduino环境编程

基础教程

高阶教程

Triode-Car 配合BPI:Bit 使用MicroPython环境编程

基础教程

高阶教程