Главная » Радиоуправление
Призовой фонд
на январь 2017 г.
1. 5000 руб.
Академия Благородных Металлов
2. 1000 руб.
Radio-Sale
3. Регулируемый паяльник 60 Вт
Паяльник
4. 600 руб.
От пользователей
5. Тестер компонентов LCR-T4
Паяльник

Обнаружитель объектов и препятствий с голосовым оповещением

Предлагаю схему устройства для обнаружения препятствий, а также для обнаружения "биомассы", то есть людей животных или чего-то еще такого. Устройство построено с применением двух датчиков: инфракрасный датчик на PIR элементе (HC-SR501) и ультразвуковой датчик сонар (US-100), определяющий расстояние до объекта. Микроконтроллер ATmega8 обрабатывает сигналы от этих датчиков и выводит сигналы о том, что датчик что-то обнаружил на светодиоды, а также выводит на динамик голосовые сообщения о характере препятствия. Ультразвуковой датчик обнаруживает любые живые и не живые препятствия на пути робота, а инфракрасный датчик определяет присутствие живых организмов, обладающих теплом (эффект ИК датчика основан на изменении теплового поля в инфракрасном диапазоне). Данное устройство рассматривается как модуль поиска препятствий для применения в робототехнике. А раз робот будет способен отыскать предметы, то посчиталось необходимым оснастить его и соответствующим голосом - об этом чуть ниже.

Устройство получило ниже представленную схему:

Схема устройства для обнаружения объектов и препятствий с голосовым оповещением.

Сразу про питание. 3,3 вольта по схеме необходимы только для карты памяти micro SD. Остальная схема питается от 5 вольт, усилитель можно питать от более высоковольтного источника. 5 вольтовый стабилизатор выполнен на линейном стабилизаторе L7805. Его ближайшей заменой может быть отечественный аналог КР142ЕН5А, однако можно использовать и другие микросхемы стабилизаторов напряжения, слегка подправив схему в соответствии с подключением. Если усилитель планируется запитывать от 5 вольт стабилизатора L7805, возможно в этом случае этот линейный стабилизатор нужно будет заменить на более мощный, так как будет возможен нагрев при длительном воспроизведении звука. Так как микроконтроллер подключен к питанию 5 вольт, а карта памяти к питанию 3,3 вольта, между ними необходимо согласование уровней. По схеме согласование уровней выполняют делители напряжения на резисторах R7, R9, R10, R11, R13 и R14. Благодаря им уровни сигналов SPI на выводах микроконтроллера и карты памяти остаются примерно 2,7 - 3,3 вольта. Если пренебречь согласованием уровней и подключить напрямую выводы микроконтроллера и карты памяти, то будет сказываться паразитное питание через сигнальные линии (если отключить питание от карты памяти, она все равно будет работать), и это в лучшем случае, в худшем случае мы рискуем сохранностью карты. Ранние карточки в основном не боялись такого, вероятно имея на борту защиту от такого подключения, новые же карты памяти в погоне за низкой ценой не всегда могут выдержать подобного подключения. Потребление карты памяти от источника питания 3,3 вольта составляет мизер, точно не замерял, поэтому для экономии такой источник 3,3 вольта на схеме собран на параметрическом стабилизаторе на стабилитроне VD1. Резистор R5 в этом случае ограничивает ток, протекающий через стабилитрон и гарантирует его исправность при работе. Конденсаторы в обвязке линейного стабилизатора и стабилитрона гарантируют правильную работу стабилизаторов, а также фильтрацию помех. Так как в микроконтроллере используется АЦП (аналого цифровой преобразователь), питание АЦП берется от 5 вольтового источника через дроссель L1 для максимально стабильной работы.

Одной из причин того, что вся схема питается от 5 вольт является то, что датчики HC-SR501 и US-100 требуют напряжения питания 5 вольт по паспортным данным. Хотя они работают и при питании 3,3 вольта, стабильной их работу не всегда можно назвать. Вращением переменного или подстроечного резистора R12 происходит регулировка первого порога срабатывания ультразвукового датчика (об этом чуть ниже), и по причине, что минимальный порог задан программно, резистор R8 убирает этот минимальный диапазон из возможности регулировать переменным резистором. Дело в том, что R12 представляет собой делитель напряжения, а R8 не позволит вращением ручки добиться нулевого значения на делителе - всегда будет минимальный потенциал на входе АЦП при крайнем положении ручки переменного резистора. Также это предотвращает "пустое" вращение ручки резистора. R6 ограничивает ток на выводе АЦП микроконтроллера. Сработка датчиков, помимо звукового сигнала, имеет индикацию на светодиодах, при подключении светодиодов к микроконтроллеру используются токоограничительные резисторы R1, R3, R4 для предотвращения порчи контроллера или светодиодов. Резистор R2, подключенный к выводу reset микроконтроллера предотвращает самопроизвольный перезапуск микроконтроллера в случаях наводок или других помех. Звуковой сигнал формируется ШИМом в контроллере, однако уровень громкости не всегда годится, поэтому используется усилитель на двух транзисторах Т1 и Т2. L2 и C13 образуют высокочастотный фильтр, чтобы убрать помехи, конденсатор C12 ограничивает ток, проходящий через динамик. Динамик можно использовать любой, подходящий по размеру и мощности. Транзисторы усилителя можно также использовать любые в зависимости от мощности динамика - на маленькие динамики можно брать транзисторы малой мощности, динамики от нескольких ватт нужно использовать с транзисторами средней мощности или больше. Все резисторы постоянного сопротивления мощность 0,25 Вт.

Со схемой разобрались, перейдем к устройству, собран обнаружитель на макетной плате, там же и обкатан, полет нормальный:

Логика работы устройства следующая: вначале ультразвуковой датчик - программно датчик имеет два порога срабатывания, индикация на светодиодах LED2 (первый порог) и LED3 (второй порог). Первый порог может регулироваться от 1 метра до 5,5 - 6 сантиметров. Регулировка осуществляется переменным или подстроечным резистором (R12 по схеме). Второй порог остается всегда фиксированным и составляет 5,5 сантиметров. Как только порог превысит второй лимит устройство даст разрешение на воспроизведение сигнала об обнаружении препятствия - то есть фактически мы наткнулись на препятствие. Инфракрасный датчик реагирует на изменение теплового фона, это значит он будет видеть в основном живые предметы, то есть людей или животных. Индикация об обнаружении на светодиоде LED1. Сам датчик HC-SR501 имеет на борту два подстроечных резистора - один для регулировки чувствительности, другой для регулировки времени в течении которого после обнаружения на выводе OUT будет логическая единица (грубо говоря логическая единица, на этом выводе TTL сигнал 3,3 вольта). Дальность приема инфракрасного датчика составляет 3 - 7 метров.

(правый переменный резистор регулирует время, левый - чувствительность)

Светодиоды в этом устройстве для первого приближения, так сказать, при применении в схеме робота эти выводы будут соединяться с основной схемой, давая сигналы об обстановке окружающей среды для ориентации.

Для мониторинга ИК датчика, вывод PD5 сконфигурирован в состояния хай Z. Если на выходе OUT есть положительный сигнал - это логическая единица и сигнал об обнаружении, если сигнал отсутствует, то на выходе OUT просто ноль, соответственно и вывод МК прижат к нулю. Вывод PD5 не будет находится в подвешенном состоянии (в протеусе ИК датчик заменен на кнопку и резистор для имитации логической единицы и нуля). Ультразвуковой датчик общается с микроконтроллером по UART и передает значения о расстоянии до препятствия. Переменная lim берет свое значение от состояния АЦП.

Для программирования микроконтроллера Atmega8 необходимо знать конфигурацию фьюз битов:

Теперь несколько слов об аудио файлах. Устройство воспроизводит файлы аудио с разрешением *.WAV. Параметры аудио - 8 bit, mono, 44 khz. Названия файлов должны быть такими: "ob.WAV" для ИК датчика и "pre.WAV" для ультразвукового датчика. Путь записи файлов на карту памяти - прямо в корень флешки. Каждый по желанию может создать свой собственный трек для этого устройства. Как? сейчас расскажу как делал это я. В первую очередь нам необходимо получить какой-то голос, была использована Алена (только это не девушка,а просто компьютерный голос). Для синтезирования речи из "рукописных" слов можно использовать программу "Балаболка", например. Если же Вы хотите сконвертировать уже имеющиеся у Вас аудио. но не того формата, то можно использовать программу "Weeny Free Audio Converter" - быстренькая и простенькая программка. Ну а самое интересное, мне все же захотелось иметь голос не просто девушки в устройстве, а голос девушки - робота, раз это все же часть бездушной железяки. Немного погуглив наткнулся на интересную программку - "АудиоМАСТЕР". 

Эта программа позволяет изменять как вручную, так и по нескольким готовым профилям свое аудио. Можно напрямую из микрофона записать свой голос и подкорректировав его использовать в своих электронных проектах. Правда свой голос мне было стеснительно использовать. Поэтому используя все ту же Алену, записал несколько треков для обнаружителя, и, следую плану, сделал голос девушки - робота (оценить можно скачав архив с фалами аудио или просмотрев видео к статье).

Одной из проблем WAV иногда являются некоторые шумы или щелчки. Использую все эту же программу можно просматривать спектр аудио и редактировать его путем вырезания или вставок. Так вот после редактирования WAV у меня всегда в звуке присутствовали щелчки. Заглянув в "волну" спектра обнаружил следующее:

Быстренько вырезать этот скачок! Звук стал намного приятнее, без щелчков. Между прочим, картинка звукового спектра в программе масштабируется (настройки в правом нижнем углу окна программы) и легко искать вот такие выбросы и устранять их (выделить ненавистный выброс мышкой и правой кнопкой мышки вызвать диалоговое окно, где необходимо выбрать пункт "вырезать").

Теперь, думаю, Вы совсем без особых затруднений сможете сделать собственные аудио файлы как для этого проекта, так и для своих собственных, имея в рукаве три этих программки для создания и редактирования звуковых файлов.

К статье прилагается прошивка для микроконтроллера, архив с аудио файлами для проекта, проект протеус (корректное воспроизведение в протеусе может потребовать больших ресурсов компьютера), а также небольшое демонстрационное видео.

Список радиоэлементов

Обозначение Тип Номинал Количество ПримечаниеМагазинМой блокнот
IC1 МК AVR 8-бит
ATmega8
1 Поиск в FivelВ блокнот
VR1 Линейный регулятор
L7805AB
1 Поиск в FivelВ блокнот
T1 Биполярный транзистор
BD139
1 Или др. npnПоиск в FivelВ блокнот
T2 Биполярный транзистор
BD140
1 Или др. pnpПоиск в FivelВ блокнот
VD1 Стабилитрон
BZX55C3V3
1 Поиск в FivelВ блокнот
U1 ИК датчикHC-SR5011 Поиск в FivelВ блокнот
U2 Ультразвуковой датчикUS-1001 Поиск в FivelВ блокнот
L1 Катушка индуктивности100 мкГн1 Поиск в FivelВ блокнот
L2 Катушка индуктивности20 мкГн1 Поиск в FivelВ блокнот
R1, R3-R6, R15 Резистор
390 Ом
6 Поиск в FivelВ блокнот
R2 Резистор
10 кОм
1 Поиск в FivelВ блокнот
R7, R9, R10 Резистор
1.8 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R8 Резистор
510 Ом
1 Поиск в FivelВ блокнот
R11, R13, R14 Резистор
3.3 кОм
3 Поиск в FivelВ блокнот
R12 Переменный резистор10 кОм1 Поиск в FivelВ блокнот
C1, C6, C9 Электролитический конденсатор220 мкФ3 Поиск в FivelВ блокнот
С2 Электролитический конденсатор10 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
C3-C5, C7, C8, C10, C11 Конденсатор100 нФ7 Поиск в FivelВ блокнот
C12, C13 Электролитический конденсатор47 мкФ1 Поиск в FivelВ блокнот
LED1-LED3 Светодиод3 Поиск в FivelВ блокнот
Speaker Динамик1 Поиск в FivelВ блокнот
Карта памятиmicro SD1 Поиск в FivelВ блокнот
Добавить все

Скачать список элементов (PDF)

Прикрепленные файлы:

Теги:

Опубликована: 0 4
Я собрал 0 4
x

Оценить статью

  • Техническая грамотность
  • Актуальность материала
  • Изложение материала
  • Полезность устройства
  • Повторяемость устройства
  • Орфография
0

Средний балл статьи: 4.6 Проголосовало: 4 чел.

Комментарии (10) | Я собрал (0) | Подписаться

0
Кирилл84 #
Отличная статья! Так держать.
Только вот датчик (HC-sr501) не может распознавать живой "организм".
А в целом молодец! Почти полноценный робот!
Ответить
+1

[Автор]
Gauss #
Спасибо! Живые организмы в основном обладают теплом, которое распознает ИК датчик, а точнее движение этого тепла, конечно же нет гарантии от ложных сработок от батареи в непосредственной близости или от кондиционера.
Приобрету шасси, надеюсь, получится интересный робот
Ответить
0
марат #
Плата на которой размещены элементы, сделана вами?
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Какая именно?
Ответить
0
Владимир #
Может, стабилизатор на 3.3В лучше поставить LM1117-3.3? Надежнее будет. Тем более, что его можно выколупать живого практически из любого старого харда
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Как угодно
Ответить
0
Виталий #
Уважаемый автор прекрасная конструкция. А печатная плата в SPRINT LAY если есть, то выложите пожалуйста
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Конструкция на макете сделана была, специальная плата не делалась
Ответить
0
Виталий #
Для установки на автомобиль одного сонара и пира хватит? Угол обзора будет достаточен. И их устанавливать посредине заднего бампера
Ответить
0

[Автор]
Gauss #
Я думаю мало
Ответить
Добавить комментарий
Имя:
E-mail:
не публикуется
Текст:
Защита от спама:
В чем измеряется электрическая мощность?
Файлы:
 
Для выбора нескольких файлов использйте CTRL

Набор 4WD Kit Bluetooth
Набор 4WD Kit Bluetooth
Raspberry Pi 2 Бокс для хранения компонентов
вверх