Гироскопический датчик lego mindstorms ev3

Обновлено: 28.04.2024

Введение:

Завершающий урок цикла "Первые шаги" посвятим изучению гироскопического датчика. Данный датчик, как и ультразвуковой, присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

10.1. Изучаем гироскопический датчик

Гироскопический датчик (Рис. 1) предназначен для измерения угла вращения робота или скорости вращения. Сверху на корпусе датчика нанесены две стрелки, обозначающие плоскость, в которой работает датчик. Поэтому важно правильно установить датчик на робота. Также для более точного измерения крепление гироскопического датчика должно исключать его подвижность относительно корпуса робота. Даже во время прямолинейного движения робота гироскопический датчик может накапливать погрешность измерения угла и скорости вращения, поэтому непосредственно перед измерением следует осуществить сброс в 0 текущего показания датчика. Вращение робота против часовой стрелки формирует отрицательные значения измерений, а вращение по часовой стрелке - положительные.

Рис. 1

Рассмотрим программный блок "Гироскопический датчик" (Рис. 2) Желтой палитры. Этот программный блок имеет три режима работы: "Измерение", "Сравнение" и "Сброс". В режиме "Измерение" можно измерить "Угол", "Скорость" или одновременно "Угол и скорость".

Рис. 2

Давайте закрепим гироскопический датчик на нашем роботе (Рис. 3), подсоединим его кабелем к порту 4 модуля EV3 и рассмотрим примеры использования.

Рис. 3

Задача №22: написать программу движения робота по квадрату с длиной стороны квадрата, равной длине окружности колеса робота.

Решение:

Перед началом движения сбросим датчик в 0, используя программный блок "Гироскопический датчик" Желтой палитры;
Мы уже знаем: чтобы проехать прямолинейно требуемое расстояние - необходимо, воспользовавшись программным блоком "Независимое управление моторами", включить оба мотора на 1 оборот.
Для поворота робота на 90 градусов в этот раз воспользуемся гироскопическим датчиком:
1. используя программный блок "Независимое управление моторами", заставим робота вращаться вправо вокруг своей оси;
2. используя программный блок "Ожидание" в режиме "Гироскопический датчик", будем ждать, пока значение угла поворота не достигнет 90 градусов;
3. Выключим моторы;
Попробуйте решить Задачу №22 самостоятельно, не подглядывая в решение.

Рис. 4

"Первые шаги" - послесловие

Десятый урок завершает курс "Первые шаги". На протяжении всех уроков вы познакомились с конструктором Lego mindstorms EV3, со средой программирования, научились использовать моторы и датчики. Если вы успешно одолели курс "Первые шаги", то впереди вас ждет знакомство с решением популярных задач робототехники в рамках курса "Практика". Удачи!

собрал гиробоя установил программное обеспечение на компьютер, захожу в желтый раздел, а там нету гироскопа. что делать, как быть?

Мы не могли разобраться с гироскопическим датчиком но в этом сайте всё легко и понятно!Огромное спасибо вам

Если в блоке "Ожидание" использовать режим "гироскопический датчик - изменить - угол", то сбрасывать на 0 будет не нужно и не будет путаницы с отрицательными значениями.

Внимание!
Возрастная категория посетителей сайта - (10+).
Все комментарии перед публикацией проходят модерацию.

Введение:

На этом уроке мы продолжим изучать использование датчика цвета. Материал, изложенный ниже, очень важен для дальнейшего изучения курса робототехники. После того, как мы научимся использовать все датчики конструктора Lego mindstorms EV3, при решении множества практических задач, будем опираться на знания, полученные на этом занятии.

Урок №7 - Изучаем ультразвуковой датчик

Введение:

Текущий урок мы посвятим изучению ультразвукового датчика. Данный датчик присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

Урок №8 - Начинаем изучать инфракрасный датчик

Введение:

Инфракрасный датчик входит домашнюю версию набора Lego mindstorms EV3. Это единственный датчик, который может применяться как самостоятельно, так и в паре с инфракрасным маяком, тоже являющимся частью домашнего набора. Следующие два урока мы посвятим изучению этих двух устройств, а также их взаимодействию между собой.

Урок №9 - Продолжаем изучать инфракрасный датчик

Введение:

Наш очередной урок мы посвятим последнему режиму совместной работы инфракрасного датчика и инфракрасного маяка - режиму "Маяк". В этом режиме инфракрасный датчик способен обнаруживать излучение инфракрасного маяка, а также определять примерное направление и расстояние до него.

Урок №10 - Изучаем гироскопический датчик

Введение:

Завершающий урок цикла "Первые шаги" посвятим изучению гироскопического датчика. Данный датчик, как и ультразвуковой, присутствует только в образовательной версии набора Lego mindstorms EV3. Тем не менее, пользователям домашней версии конструктора советуем тоже обратить внимание на данный урок. Возможно, что прочитав о назначении и использовании этого датчика, вы пожелаете его приобрести в дополнение к своему набору.

Введение:

Инфракрасный датчик входит домашнюю версию набора Lego mindstorms EV3. Это единственный датчик, который может применяться как самостоятельно, так и в паре с инфракрасным маяком, тоже являющимся частью домашнего набора. Следующие два урока мы посвятим изучению этих двух устройств, а также их взаимодействию между собой.

8.1. Изучаем инфракрасный датчик и инфракрасный маяк

Инфракрасный датчик (Рис. 1) в своей работе использует световые волны, невидимые человеку - инфракрасные волны*. Такие же волны используют, например, дистанционные пульты управления различной современной бытовой техникой (телевизорами, видео и музыкальными устройствами). Инфракрасный датчик в режиме "Приближение" самостоятельно посылает инфракрасные волны и, поймав отраженный сигнал, определяет наличие препятствия перед собой. Еще два режима работы инфракрасный датчик реализует в паре с инфракрасным маяком (Рис. 2). В режиме "Удаленный" инфракрасный датчик умеет определять нажатия кнопок инфракрасного маяка, что позволяет организовать дистанционное управление роботом. В режиме "Маяк" инфракрасный маяк посылает постоянные сигналы, по которым инфракрасный датчик может определять примерное направление и удаленность маяка, что позволяет запрограммировать робота таким образом, чтобы он всегда следовал в сторону инфракрасного маяка. Перед использованием инфракрасного маяка в него необходимо установить две батарейки AAA.

Рис. 1

Рис. 2

8.2. Инфракрасный датчик. Режим "Приближение"

Этот режим работы инфракрасного датчика похож на режим определения расстояния ультразвуковым датчиком. Разница кроется в природе световых волн: если звуковые волны отражаются от большинства материалов практически без затухания, то на отражение световых волн влияют не только материалы, но и цвет поверхности. Темные цвета в отличие от светлых сильнее поглощают световой поток, что влияет на работу инфракрасного датчика. Диапазон работы инфракрасного датчика также отличается от ультразвукового - датчик показывает значения в пределах от 0 (предмет находится очень близко) до 100 (предмет находится далеко или не обнаружен). Еще раз подчеркнем: инфракрасный датчик нельзя использовать для определения точного расстояния до объекта, так как на его показания в режиме "Приближение" оказывает влияние цвет поверхности исследуемого предмета. В свою очередь это свойство можно использовать для различия светлых и темных объектов, находящихся на равном расстоянии до робота. С задачей же определения препятствия перед собой инфракрасный датчик справляется вполне успешно.

Решим практическую задачу, похожую на Задачу №14 Урока №7, но, чтобы не повторяться, усложним условие дополнительными требованиями.

Задача №17: написать программу прямолинейно движущегося робота, останавливающегося перед стеной или препятствием, отъезжающего немного назад, поворачивающего на 90 градусов и продолжающего движение до следующего препятствия.

У робота, собранного по инструкции small-robot-31313, впереди по ходу движения установлен инфракрасный датчик. Соединим его кабелем с портом "3" модуля EV3 и приступим к созданию программы.

Рассмотрим программный блок "Ожидание" Оранжевой палитры, переключив его в Режим: "Инфракрасный датчик" - "Сравнение" - "Приближение" (Рис. 3). В этом режиме программный блок "Ожидание" имеет два входных параметра: "Тип сравнения" и "Пороговое значение". Настраивать эти параметры мы уже умеем.

Рис. 3

Решение:
1. Начать прямолинейное движение вперед
2. Ждать, пока пороговое значение инфракрасного датчика станет меньше 20
3. Прекратить движение вперед
4. Отъехать назад на 1 оборот двигателей
5. Повернуть вправо на 90 градусов (воспользовавшись знаниями Урока №3, рассчитайте необходимый угол поворота моторов)
6. Продолжить выполнение пунктов 1 - 5 в бесконечном цикле.
Попробуйте решить Задачу № 17 самостоятельно, не подглядывая в решение.

Рис. 4

А теперь для закрепления материала попробуйте адаптировать решение Задачи №15 Урока №7 к использованию инфракрасного датчика! Получилось? Поделитесь впечатлениями в комментарии к уроку.

8.3. Дистанционное управление роботом с помощью инфракрасного маяка

Инфракрасный маяк, входящий в домашнюю версию конструктора Lego mindstorms EV3, в паре с инфракрасным датчиком позволяет реализовать дистанционное управление роботом. Познакомимся с маяком поближе:
1. Пользуясь инфракрасным маяком, направляйте передатчик сигнала (Рис. 5 поз. 1) в сторону робота. Между маяком и роботом должны отсутствовать любые препятствия! Благодаря широкому углу обзора инфракрасный датчик уверено принимает сигналы, даже если маяк располагается позади робота!
2. На корпусе маяка расположены 5 серых кнопок (Рис. 5 поз. 2), нажатия которых распознает инфракрасный датчик, и передает коды нажатий в программу, управляющую роботом.
3. С помощью специального красного переключателя (Рис. 5 поз. 3) можно выбрать один из четырех каналов для связи маяка и датчика. Сделано это для того, чтобы в непосредственной близости можно было управлять несколькими роботами.
Рис. 5

Задача №18: написать программу дистанционного управления роботом с помощью инфракрасного маяка.

Мы уже знаем, что для реализации возможности выбора выполняющихся блоков необходимо воспользоваться программным блоком "Переключатель" Оранжевой палитры. Установим режим работы блока "Переключатель" в "Инфракрасный датчик" - "Измерение" - "Удалённый" (Рис. 6).

Рис. 6

Для активации связи между инфракрасным датчиком и маяком необходимо установить правильное значение параметра "Канал" (Рис. 7 поз. 1) в соответствии с выбранным каналом на маяке! Каждому программному контейнеру блока "Переключатель" необходимо сопоставить один из возможных вариантов нажатия серых клавиш (Рис. 7 поз. 2). Заметьте: некоторые варианты включают одновременное нажатие двух клавиш (нажатые клавиши помечены красным цветом). Всего в программном блоке "Переключатель" в этом режиме можно обрабатывать до 12 различающихся условий (одно из условий должно быть выбрано условием по умолчанию). Добавляются программные контейнеры в блок "Переключатель" нажатием на "+" (Рис. 7 поз.3).

Рис. 7

Предлагаем реализовать следующий алгоритм управления роботом:
- Нажатие верхней левой кнопки включает вращение левого мотора, робот поворачивает вправо (Рис. 7 поз. 2 значение: 1)
- Нажатие верхней правой кнопки включает вращение правого мотора, робот поворачивает влево (Рис. 7 поз. 2 значение: 3)
- Одновременное нажатие верхних левой и правой кнопок включает одновременное вращение вперед левого и правого мотора, робот двигается вперед прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 5)
- Одновременное нажатие нижних левой и правой кнопок включает одновременное вращение назад левого и правого мотора, робот двигается назад прямолинейно (Рис. 7 поз. 2 значение: 8)
- Если не нажата ни одна кнопка маяка - робот останавливается (Рис. 7 поз. 2 значение: 0).
При разработке алгоритма дистанционного управления вы должны знать следующее: когда нажата одна из комбинаций серых кнопок - инфракрасный маяк непрерывно посылает соответствующий сигнал, если кнопки отпущены, то отправка сигнала прекращается. Исключение составляет отдельная горизонтальная серая кнопка (Рис. 7 поз 2 значение: 9). Эта кнопка имеет два состояния: "ВКЛ" - "ВЫКЛ". Во включенном состоянии маяк продолжает посылать сигнал, даже если вы отпустите кнопку (о чём сигнализирует загорающийся зеленый светодиод), чтобы выключить отправку сигнала в этом режиме - нажмите горизонтальную серую кнопку еще раз.

Приступим к реализации программы:

Наш алгоритм дистанционного управления предусматривает 5 вариантов поведения, соответственно наш программный блок "Переключатель" будет состоять из пяти программных контейнеров. Займемся их настройкой.
1. Вариантом по умолчанию назначим вариант, когда не нажата ни одна кнопка (Рис. 7 поз. 2 значение: 0). Установим в контейнер программный блок "Независимое управление моторами", выключающий моторы "B" и "C".
2. В контейнер варианта нажатия верхней левой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 1) установим программный блок "Большой мотор", включающий мотор "B".
3. В контейнер варианта нажатия верхней правой кнопки (Рис. 7 поз. 2 значение: 3) установим программный блок "Большой мотор", включающий мотор "C".
4. В контейнер варианта одновременного нажатия верхних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 5) установим программный блок "Независимое управление моторами", включающий вращение моторов "B" и "C" вперед.
5. В контейнер варианта одновременного нажатия нижних левой и правой кнопок (Рис. 7 поз. 2 значение: 8) установим программный блок "Независимое управление моторами", включающий вращение моторов "B" и "C" назад.
6. Поместим наш настроенный программный блок "Переключатель" внутрь программного блока "Цикл".
По предложенной схеме попробуйте создать программу самостоятельно, не подглядывая в решение!

Рис. 8

Загрузите получившуюся программу в робота и запустите её на выполнение. Попробуйте управлять роботом с помощью инфракрасного маяка. Всё ли у вас получилось? Понятен ли вам принцип реализации дистанционного управления? Попробуйте реализовать дополнительные варианты управления. Напишите свои впечатления в комментарии к этому уроку.

* Хотите увидеть невидимые волны? Включите режим фотосъемки в мобильном телефоне и поднесите излучающий элемент дистанционного пульта от телевизора к объективу мобильного телефона. Нажимайте кнопки пульта дистанционного управления и на экране телефона наблюдайте свечение инфракрасных волн.

. Никак не могу сообразить - как сделать программу чтобы совместить в ней и работу кнопки и датчика? Помогите пожалуйста. Полагаю, нужно использовать блок "переключатель"

Здравствуйте, Антон!
Попробуйте в бесконечном цикле опрашивать поочерёдно нужные вам датчики с помощью жёлтой палитры команд. При появлении нужного значения на датчике - вызывайте нужную подпрограмму действия!

Внимание!
Возрастная категория посетителей сайта - (10+).
Все комментарии перед публикацией проходят модерацию.

Гироскопический датчик EV3 поставляется в составе образовательного конструктора Lego Mindstorms EV3. В домашней версии Lego EV3 датчика гироскопа нет. Если есть необходимость, его можно купить отдельно.

Датчик гироскоп — это цифровой датчик

гироскопический датчик Lego EV3

Принцип работы гироскопического датчика

Принцип работы датчика заключается в том, что он способен отслеживать вращение. Датчик гироскопа EV3 способен обнаружить вращение всего по одной оси. На верхней стороне датчика мы можем увидеть две стрелки. Эти стрелки показывают нам плоскость работы гироскопического датчика.
1. При вращении датчика в плоскости стрелок на верхней части датчика он может определять угловую скорость вращения. Она измеряется в градусах в секунду. 440 градусов в секунду является максимальной угловой скоростью, которую модет измерить датчик.
2. Кроме скорости вращения датчик может определять угол вращения. Измерение угла вращения происходит в градусах. Точность измерения гироскопического датчика +/- 3 градуса если поворот на 90 градусов.
Особенности датчика гироскопа EV3

Для правильной работы датчика его нужно включать в контроллер EV3 в полностью неподвижном состоянии. Когда мы устанавливаем гироскопический датчик на робота обязательным условием является полная неподвижность робота в его начальном состоянии. Робот должен стоять без движения, иначе датчик будет работать некорректно. При помощи этого датчика можно легко программировать повороты робота вокруг оси. Датчик имеет частоту дискретизации 1 килогерц.

Сенсор подключается к блоку программирования EV3 плоским черным соединительным кабелем, который входит в набор. Гироскопический датчик можно подключить к любому входному порту, который обозначен цифрами от 1 до 4. Но по умолчанию датчик подключается во второй порт. Программное обеспечение контроллера Lego EV3 автоматически определяет порт подключения датчика.

порт контроллера

Одной из особенностей датчика гироскопа EV3 является проблема дрейфа. Она состоит в том, что, когда датчик в покое т.е. неподвижен, его показания изменяются и постоянно увеличиваются. Эта проблема может быть решена несколькими способами, но это лучше рассматривать в отдельной статье.

Области применения гироскопического датчика

Гироскопические датчики широко распространены и применяются как в быту, так и в промышленных и военных областях. В быту, например, гироскопы стабилизируют поведение радиоуправляемых моделей самолетов и вертолетов. Навигация и управление транспортными средствами также использует датчики гироскопы. В легковых автомобилях датчики активируют подушки безопасности при опрокидывании.

модели на радиоуправлении

Системы навигации и системы реагирования на чрезвычайные ситуации используют гироскопические датчики для повышения надежности работы оборудования. Роботы, роботизированные платформы в военной области используют датчики гироскопы в системах управления и наведения. Подводные лодки, самолеты, автономные подводные аппараты и многое другое не могут эффективно работать без применения гироскопических датчиков.

Практически на всех смартфонах также установлен датчик гироскопа. Он часто используется в мобильных играх, функциях автоповорота изображения и многих других. Можно привести еще множество примеров использования датчика гироскопа. Но в нашем случае мы изучаем очень простой датчик, который позволяет понять основные принципы работы гироскопов.

Датчики температуры часто находят свое применение в различных современных устройствах и приборах.

Температурные датчики созданы на основе изучения органов ощущения человека и живых организмов.

Они являются аналогом температурных рецепторов кожи. Терморецепторы у человека бывают двух видов.

датчик температуры

Это нервные окончания, одни воспринимают раздражение холодом, вторые теплом. Выглядят терморецепторы как небольшие клубки нервных окончаний и находятся в соединительных капсулах.

терморецепторы кожи

При изменении температуры происходит раздражение температурных рецепторов кожи. Это вызывает ощущение тепла или холода.

Классификация и устройство

Все датчики температуры имеют возможность измерять температуру объекта, при этом они различаются по принципу работы.

температурные датчики
- Акустические – используют бесконтактный метод. Принцип работы – измерение скорости звука в нагретой среде. При разных температурах скорость звука будет различна;
- Полупроводниковые – обеспечивает высокую точность измерения. Принцип работы основан на изменении свойств n-p перехода при нагреве и охлаждении;
- Пирометры – это тепловизоры, которые позволяют дистанционно измерить температуру нагретого тела;
- Пьезоэлектрические – используют прямой пьезоэффект. То есть при изменении температуры изменяются размеры кристалла кварца. Частота колебаний пьезорезонатора при прохождении через него электрического тока меняется и данные преобразуются в показания температуры.
- Терморезистивные – простые и надежные в эксплуатации. Имеют высокую точность. Датчик находится в нагреваемой среде. Принцип работы – изменение сопротивления проводника при нагреве.
- Термоэлектрические (термопары) – отличаются большой погрешностью. Принцип работы – возникновение электрического тока в замкнутых контурах полупроводников и проводников. Чтобы произвести измерения нужно один конец термопары установить в измеряемую среду, другой конец термопары нужен для получения значений.
Датчик температуры Lego EV3

Датчик температуры Lego EV3 относится к цифровым датчикам.

Он является контактным датчиком. Датчик представляет собой металлический зонд. На кончике металлического зонда внутри колбы находится термоэлемент, который фиксирует внешнюю температуру. Длина металлического зонда 6,4 сантиметра.

Длина соединительного кабеля датчика 50 сантиметров. Используется датчик температуры чаще всего для сбора данных при проведении физических экспериментов. В составе образовательной и домашней версии Lego EV3 датчик не присутствует. Поэтому приобретать датчик нужно отдельно, если есть такая необходимость.

Характеристики температурного датчика Lego EV3

Диапазон измеряемых датчиком температур находится в следующих пределах:
- От -20 до 120 градусов по Цельсию или от -4 до 248 градусов по Фаренгейту
- Точность измерения составляет 0,1 градуса
Температурный датчик может работать в двух режимах. Это режим «Измерение» и режим «Сравнение». По умолчанию температурный датчик Lego EV3 подключается, как и датчик гироскопа, ко второму порту модуля EV3.

Где используется датчики температуры

Температурные датчики используются как в быту, так и в промышленности. Это системы вентиляции и кондиционирования, холодильные установки.

системы вентиляции и кондиционирования

Также это системы охлаждения процессоров, любое производство, связанное с изготовлением деталей из пластмассы. Различные печи, плиты, холодильники, охлаждение двигателей автомобилей, электрические цепи и многое другое. Датчики температуры используются практически во всех сферах нашей жизни.

Читайте также: