Modulo sensori

ultimo aggiornamento 24 luglio 2016


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Descrizione:

Allegati ai fascicoli dal n°34 sino al n°43 vengono forniti i componenti necessari per la costruzione della scheda sensori del robot Monty.
Su di esso sono presenti due diversi tipi di sensore:
  • Sensore ad ultrasuoni , formato da una capsula emittente ed una ricevente, è possibile configurando un ponticello emettere gli ultrasuoni a comando, tramite il PIC16F84, oppure avere un emissione continua del segnale.      Sulla scheda esiste un led, la cui accensione segnala l'avvenuto ricevimento del segnale da parte della capsula ricevente
  • Sensore di suono, dotato di capsula microfonica


Istruzioni di montaggio
(2.2 Mb)

Indice

 

Componenti allegati ai fascicoli

Fascicolo 34 Fascicolo 35 Fascicolo 36

Fascicolo 37 Fascicolo 38 Fascicolo 39

Fascicolo 40 Fascicolo 41 Fascicolo 42

Fascicolo 43

Foto della scheda montata

Rappresentazione 3D della scheda sensori

Foto della scheda da me assemblata

 

Schema elettrico della scheda sensori


Download schema formato PDF

Download elenco componenti formato PDF

Elenco componenti
R1 560 W ¼ W  C18 22 mF 35Vl elettrolitico
R2 1 KW ¼ W  C15-C16-C17 470 nF
R3, R26 2,2 KW ¼ W D1, D2, D3, D4, D5, D6 1N4148
R4 3,9 KW ¼ W  D7 Led rosso 3mm
R5, R6, R7, R8 10 KW ¼ W  U1 LM324
R12, R13, R14 100 KW ¼ W  U2 CD 4047
R15 220 KW ¼ W  U3 CD 4011
R9, R10, R11 47 KW ¼ W  U4 SN74HC14
R16 470 KW ¼ W Q1, Q2, Q3 BC547 o BC548
R17, R18, R19, R20, R21, R22, R23 1MW ¼ W X1  Capsula microfonica preamplificata
R24, R25 1,2 MW ¼ W Y1 Ricevitore ad ultrasuoni
R26 2,2 MW ¼ W Y2 Emettitore di ultrasuoni
R27, R28, R29 10 MW ¼ W  JMP1 Ponticello
R30 4,7KW Trimmer Y1-Y2 Contatti CS per capsule ultrasuoni
R31 10 KW Trimmer J1 Morsettiera 3 contatti
R32 1 MW Trimmer J1 Morsettiera 2 contatti
C1,C2 100 pF ceramico   n° 4 zoccoli per integrato 7+7
C3, C4, C5 10 nF ceramico   1 circuito stampato 3V103
C6, C7 22 nF ceramico    

LM 324 Quadruplo amplificatore operazionale a bassa potenza
 
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

CD 4047 Multivibratore monostabile/astabile
 
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

CD 4011 Quadrupla porta NAND
 
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

SN74HC14 HEX SCHMITT-TRIGGER INVERTERS
Piedinatura Datasheet Foto dell'integrato

Transistor  BC547-BC548 (NPN Switching and Applications)
Piedinatura Datasheet Foto del transistor (contenitore plastico)

Descrizione circuito emissione ultrasuoni

Per il rilevatore di movimento è necessario un circuito che produca un'oscillazione nota, per attivare la capsula di trasmissione e di un altro circuito che converta il segnale ricevuto e ci indichi quando riceva qualcosa.
Nella figura è riportato lo schema della sezione di trasmissione, che è un oscillatore, il cui periodo è controllato dal circuito 4047, e che produce un'onda a 40 kHz.
Alla sua uscita abbiamo un quadruplo inverter (all'interno dell'integrato 4011) formato da porte NAND che producono un' effetto amplificatore.
Il trimmer R31 serve per regolare la frequenza di emissione sui 40 MHz.

Descrizione circuito ricezione ultrasuoni

La sezione di ricezione è formata da quattro stadi, ognuno dei quali contiene un amplificatore operazionale LM324.
Abbiamo una tensione di ingresso fissata da R12 e R13, la quale è modulata dalla capsula ricevente ad ultrasuoni, e amplificata dall'operazionale U1A.
A questo punto il segnale si recupera attraverso il diodo D1 e la resistenza R17, entra nel secondo stadio U1B, nel quale torna ad essere amplificato, raggiungendo di continua che rappresenta l'intensità della involvente.
Il terzo stadio U1C è un rilevatore a finestra, per i segnali sopra e sotto la soglia di +/- 0,7 V fissata dai diodi D2 e D3.
Quando il segnale supera questi valori significa che c'è movimento, viene polarizzato uno dei due diodi, e il segnale risultante è amplificato dall'operazionale.
Il quarto stadio U1D è un flip-flop monostabile con una costante di tempo fissata da R29 e C17.
Come risultato del circuito elettronico della sezione di ricezione, quando c'è del movimento si accenderà per un secondo il diodo led D7, inoltre otterremo un segnale logico "0" che potremo applicare al microcontrollore.
Per il collegamento si utilizza la morsettiera J1.
Potremmo variare la sensibilità del rilevatore di movimento variando il potenziometro R32.
Quanto maggiore sarà la sensibilità, tanto maggiore sarà la distanza a cui potremo rilevare.
Le capsule a ultrasuoni devono essere collegate in modo parallelo e a una distanza di circa 4,5 cm.
Con il jumper JMP1 selezioneremo se la sezione di trasmissione del rilevatore di movimento deve essere sempre attiva, o se la sua attivazione o disattivazione sono seguite dal microcontroller-
L'attivazione controllata è utile nelle applicazione in cui il robot si sta muovendo in continuazione, e a un determinato momento si ferma per rilevare un movimento.

Descrizione circuito rilevazione suoni

Nella figura è riportato lo schema del rilevatore di suono.
Questo sensore, basato su un microfono, è molto utile per fare in modo che il robot reagisca agli stimoli esterni, e si possa programmare per realizzare determinati compiti quando battiamo le mano o emettiamo un suono.
La soglia sonora a partire dalla quale si attiva è regolabile.
Gli elementi attivi del circuito sono due transistor BC548 che amplificano il segnale del microfono.
Gli inverter "Trigger" contenuti nel U4 del 74HC14 sono incaricati di conformare il segnale logico "1" che si ottiene sul piedino 5 alla morsettiera J1 (OUT2).
Utilizzeremo il trimmer R30 per fissare il livello sonoro di attivazione del sensore.
Se l'ambiente è rumoroso la soglia non potrà essere molto bassa, altrimenti il rilevatore sarebbe continuamente attivo.

Collaudo sezione ad ultrasuoni

Una volta completato il montaggio si potrà passare al collaudo.
Per fare questo dovemmo alimentare prima di tutto la scheda mediante una tensione di 5V, per cui dovremmo collegare un' alimentatore in grado di fornire tale tensione collegando in positivo alla morsettiera numerata con "1" e il negativo al morsetto "2".
Le capsule devono essere perfettamente allineate con una distanza minima tra loro, in modo che non producano interferenze.
La capsula di emissione invia un segnale che dopo aver rimbalzato su un ostacolo torna alla capsula di ricezione.
se l'allineamento non è adeguato e la distanza fra le capsule è troppo elevata il sensore non si comporterà correttamente.
Tramite il jumper JM1 selezioneremo a questo punto il modo di emissione continuo (nella figura è posto invece in modalità controllata).
Ora dovremmo passare la mano od un' oggetto di fronte ai sensori e controlleremo l'accensione del led D7.
Varieremo la posizione del trimmer R32 per la sensibilità, e il trimmer R31 sino a quando il comportamento del sensore sarà soddisfacente.

Collaudo sezione rilevazione sonora

Per il collaudo della sezione sonora occorre alimentare prima di tutto la scheda mediante una tensione di 5V, per cui dovremmo collegare un' alimentatore in grado di fornire tale tensione collegando in positivo alla morsettiera numerata con "1" e il negativo al morsetto "2".
Collegheremo poi un tester utilizzato come voltmetro con il puntale negativo sul morsetto "2" e il positivo sul morsetto "5".
Ora proveremo a battere le mani, quando il sensore si attiverà si dovrebbe leggere una tensione prossima ai 5 Volt sul tester, potremmo variare la sensibilità agendo sul trimmer R30.

Posizionamento e numerazione morsettiere e trimmer

Piano di collegamento con indicazioni delle porte utilizzate del PIC

Elenco revisioni documento:
24/07/2016 Inserito disegno circuito stampato
25/04/2012 Aggiornato pagina
26/05/2006 Aggiornato schede componenti elettronici
26/04/2006 Inserito PDF istruzioni di montaggio
27/05/2005 Emissione preliminare
25/08/2005 Aggiornato pagina, con inserimento schema elettrico e descrizione circuito e collaudo.