|
IR-PROXIM
Door Henny van Bodegom
Een robot heeft, om zijn omgeving waar te kunnen nemen, sensoren nodig. Er zijn diverse detectie mogelijkheden, waarbij de meest gebruikte zijn:
1. Direct contact: Bumpers met schakelaars.
2. Zeer nabij: Infra rood detectors die licht uitzenden en ontvangen.
Bereik normaal tussen 2 en 20 cm en met een speciale sensor zelfs 80 cm.
3. Omgeving: Ultrasoon zenders/ontvangers hebben een kleine dode zone vanwege de lengte van de zendpuls en worden in maximum bereik beperkt door de sterkte van de zendpuls en het achtergrond lawaai. Bereik 20 cm tot 11 meter.
4. Vision: Vereist krachtige computers, maar kan met de juiste software de functie van de eerder genoemde drie volledig overnemen.
Dit artikel behandelt een eenvoudig, goedkoop eh klein infrarood nabijheid detectie systeem voor (kleine) mobiele robots.
De schakeling (fig. 1) is opgebouwd rond de IS471F van Sharp. Het handelt zich hier om een zogenaamd modulator/detector IC. De werking is vrij eenvoudig. De zwarte epoxy behuizing laat geen zichtbaar licht door. Het IC meet continue de sterkte van het infrarood licht in zijn omgeving. Door nu zelf korte zeer heldere lichtpulsen uit te zenden door middel van infrarood dioden (IRED's) kan het IC, wanneer het object dichtbij genoeg is, de reflectie van de uitgezonden lichtpuls terug herkennen boven het infrarode omgeving licht uit. Wanneer voldoende pulsen worden terug herkend, wordt een TTL compatibel uitgang logisch laag gestuurd. Hiermee kan men dan b.v. een LED laten oplichten of een computer een signaal geven.
Het principe schema en fysieke dimensies vindt U in fig. 2 terwijl de gevoeligheid van de ontvanger als functie van de invalshoek te vinden is in fig. 3.
Het is duidelijk te zien dat de ontvanger een grote detectie hoek heeft, namelijk 110 graden bij 50% gevoeligheid.
De IS471F is geoptimaliseerd voor infrarood licht met een golflengte van 940nm. Hierdoor is het noodzakelijk ook IRED's toe te passen die op dezelfde golflengte werken. De LD274 en LD271 voldoen aan deze éis.
De LD274 heeft een smalle lichtbundel (fig. 4) met een hoek van 16 graden. De LD271 heeft een brede lichtbundel (fig. 5) met een hoek van 50 graden. LD274's zal men gebruiken als men zo ver als mogelijk een object wil detecteren. LD271's zal men gebruiken als men objecten in de nabije omgeving van de detector zoals b.v. wanden of stoelen of tafels wil detecteren. Een combinatie van beide is natuurlijk ook mogelijk omdat men dan de voordelen van beide IRED's benut, een brede detectie hoek en een maximaal bereik.
In fig. 6 is de componenten opstelling en de koperzijde van de print afgedrukt in een schaal 2 op 1. In fig. 7 zijn 4 printjes op een rij afgedrukt in schaal 1 op 1
Onderstaande componentenlijst kunt U bestellen bij Conrad Elektronic of bij do elektronica onderdelenboer bij U op de hoek,
De montage gaat als volgt in zijn werk:
1. Koop of maak het printje zelf en boor alle gaatjes met een boortje van 0,8mm.
2. Gebruik de koperzijde en de componentenzijde uit fig. 6 als leidraad voor het plaatsen van de componenten. Tip: kopieer dit figuur, knip het uit en vouw het dubbel. Men houdt nu een voorbeeld over met aan de ene zijde de koper- of soldeerzijde en aan de andere kant de .componenten zijde. Voor diegenen die nog niet zo bedreven zijn in het bouwen van elektronische schakelingen is dit wellicht een handig hulpmiddel.
3. Allereerst wordt U1, de IS471F, geplaatst en vastgesoldeerd. Zie fig. 2 en fig. 6. De voorzijde is vlak over de gehele breedte met een klein punt aan de onderzijde nabij de pootjes. De achterzijde is gewelfd en bovendien steken de pootjes 1 en 3 onder het IC uit wanneer je er van boven af opkijkt.
4. Plaats en soldeer vervolgens de weerstand R1 en de condensator C l . De plaatsing richting is hierbij niet van belang.
5. Vervolgens wordt D3 (het groene low power LED'je) onder 1 geplaatst waarbij het langste pootje in het linker gaatje wordt gestoken. Een ezelsbruggetje voor wat betreft LED's: het korte pootje is de kathode, het lange pootje is de anode. Soldeer ook deze vast.
6. Nu worden Dl en D2 geplaatst. Afhankelijk van de LED keuze die men heeft gemaakt (2*LD271 of l*LD271+274 of 2*LD274) heeft het printje een kort / breed, gemiddeld of lang / smal detectieberelk / detectiegebied. Waar welke LED wordt geplaatst is niet zo zeer belangrijk, De plaatsing van het langste en kortste pootje uiteraard wel. Zie fig. 6.
D1 en D2 moeten plat worden gemonteerd, hiervoor is het noodzakelijk de pootjes zo dichtbij als mogelijk (ongeveer 2mm) bij de onderzijde Van de LED om te buigen, Als men dus de Leed beetpakt met de pootjes naar hem toegericht (langste pootje links, kortste pootje rechts) en de pootjes
inklemt in een platbektangetje ongeveer 2mm onder de onderzijde van de LED en daarna het huisje van de LED naar beneden buigt over een hoek van 90 graden, dan heeft men de juiste stand. Steek nu de LED's met het langste pootje links in de posities voor DI en D2. Uiteindelijk worden ze vastgesoldeerd zodat ze netjes parallel met U1 (de IS471F) of ietsjes naar elkaar toe gebogen in dezelfde richting wijzen.
7. Als laatste onderdeel voor het testen gaan we het voedingskabeltje aanbrengen. Dit kan een opgesplitst onderdeel van een landkabel zijn, of (wellicht gemakkelijker) een servo kabeltje. Zowel Futaba als Graupner hebben servo kabels in het assortiment die voorzien zijn van busjes die direct op een header pin kunnen worden geschoven.
De indeling van de connector is als volgt:
Deze connector indeling laat zich heel gemakkelijk in een print ontwerp verwerken als volgt:
8. Eens kijken of het printje werkti Sluit de + en de - draad aan op een 5 V voeding. Het groene LED' je za1 nu oplichten! Waarom?, omdat de IRED's naar de detector nog zoveel Infrarode straling direct afgeven dat de detector hierdoor wordt geactiveerd, Neem nu twee stukjes dik karton (1,5 to 2 mm dikte) of een kartonnen kokertje en zet deze tussen de [RED's en de detector, de groene LED 'LOU uit moeten gaan. Zorg ervoor dat geen licht van de [RED's via de print, uw handen, of wat dan ook direct op de detector kan schijnen.
9. Nu rest ons nog het afschermkapje te maken. Hier hebben we de keuze uit
twee mogelijkheden, nl. een kapje over de detector maken van messing-
blik of twee buisjes van messing of dikwandig kunststof maken over de
IRED's. Zo'n buisje moet een binnendiameter hebben van 5mm rond en
een lengte van ongeveer 9mm. Het kapje van messingblik is wat moeilij
ker te construeren, daarom een schets in fig. 8 ter verduidelijking. We
tekenen eerst een T-figuur af met de aangegeven maten (neem voor de,
maat 7mm een maat van 10mm) en knippen deze uit. Als het blik dun
genoeg is kan dit gewoon met een keukenschaar. Daarna vouwen we de
drie uitstekende delen om naar beneden, zodat we een soort ouderwets "bushokje" of abri overhouden. Dit solderen we dan over de detector heen met de gesloten zijde tussen de detector en de condensator d.m.v. 0,5 mm koperdraad. Er zijn twee gaatjes in de print hiervoor aangebracht die het huisje dan meteen met "aarde" verbinden. Let op dat de achterzijde van het huisje geen kortsluiting maakt met, met name pen 1 van de detector. Deze is verbonden met de 5V
Zorg ervoor dat de onderzijde van het huisje overal contact maakt net het printoppervlak Wanneer dit niet zo is kan namelijk nog steeds infrarood licht indirect via het printoppervlak op de detector schijnen waardoor het groene LED'je altijd oplicht. Dit is te verhelpen door op het grensvlak van huisje en print wat TIPPEX te smeren. Wanneer het opgedroogd is geleid het niet meer en laat bij geringe dikte ook geen infrarood meer door.
Als U alles netjes en volgens de beschrijving hebt gedaan heeft U nu een detector printje dat recht vooruit obstakels tussen de 10 en 20 cm afstand kan detecteren. Het groene LED'je licht op wanneer een obstakel wordt waargenomen. Het spanningsniveau van de uitgang ligt dan onder de 0,8V. Wanneer geen obstakel wordt waargenomen ligt het uitgangsspanningsniveau boven de 2,4V. De voedingsspanning mag varieren tussen 4,5V en 5,5V.
Succes met de bouwt! Henny van Bodegom
|
