第十三課 Sensing (Vex輸入設(shè)備)

1、機(jī)器人的五官傳感器 人們?yōu)榱藦耐饨绔@取信息，必須借助于感覺器官。而單靠人們自身的感覺器官，在研究自然現(xiàn)象和規(guī)律以及生產(chǎn)活動(dòng)中它們的功能就遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠了。為適應(yīng)這種情況，就需要傳感器。因此可以說，傳感器是人類五官的延長(zhǎng)，又稱之為電五官。定義 傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。它是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)控制的首要環(huán)節(jié)。 常將傳感器的功能與人類5大感覺器官相比擬：光敏傳感器視覺聲敏傳感器聽覺氣敏傳感器嗅覺化學(xué)傳感器味覺壓敏、溫敏

2、、流體傳感器觸覺輸入設(shè)備 模擬量和數(shù)字量模擬量：一定范圍的電壓信號(hào)的值數(shù)字量：只有兩個(gè)值1和0（即高和低）模擬和數(shù)字 模擬傳感器通過導(dǎo)線發(fā)送電壓與VEX控制器實(shí)現(xiàn)通信。通過測(cè)量所發(fā)送的在零與最大電壓之間的電壓差，VEX控制器能夠把電壓當(dāng)作進(jìn)程中的一個(gè)數(shù)值。這樣，模擬傳感器可以檢測(cè)和通信范圍內(nèi)的任何數(shù)值。 如一個(gè)光傳感器，能夠辨別光的強(qiáng)度，在完全黑暗的時(shí)候發(fā)送零電壓，在光很強(qiáng)的時(shí)候發(fā)送最大電壓，在其它情況下根據(jù)光的強(qiáng)度發(fā)送其他數(shù)值。如圖所示： 如一個(gè)光傳感器，通過測(cè)量光的強(qiáng)度，在完全黑暗的時(shí)候發(fā)送零電壓，在光很強(qiáng)的時(shí)候發(fā)送最大電壓，在其它情況下根據(jù)光的強(qiáng)度發(fā)送其他數(shù)值。如圖所示： 模擬傳感器的不

3、足之處在于：在電路中，很難發(fā)送和維持一個(gè)精確的電壓數(shù)值。而數(shù)字傳感器即使在電“混亂”狀態(tài)也能夠發(fā)送可靠性較高的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只有兩個(gè)值：高或低。 數(shù)字傳感器發(fā)送電壓，與模擬傳感器一樣，只是不能發(fā)送從零到最大值之間的數(shù)值，而只能發(fā)送零或最大值了。如果VEX控制器檢測(cè)到界于零與最大值之間的值，就會(huì)默認(rèn)是電干擾所導(dǎo)致的，它將顯示比較接近的最大值或者是零。 只能有這兩個(gè)數(shù)值而不是整個(gè)范圍內(nèi)的數(shù)值似乎是個(gè)缺陷，許多情況下，這樣也有很多優(yōu)點(diǎn)。比如，啟動(dòng)工具中的碰撞開關(guān)就是一個(gè)數(shù)字傳感器。由于它的目的在于測(cè)試是否有事物碰到碰撞開關(guān)，所以只要兩個(gè)數(shù)值已經(jīng)足夠了。碰撞開關(guān)碰撞開關(guān)觸碰傳感器 開關(guān)的詞語解釋為開啟

4、和關(guān)閉 ，碰撞開關(guān)定義為由外部刺激所反饋的信號(hào)，生活中我們經(jīng)常見到的門鈴、和遙控器等都可以視為碰撞開關(guān)的應(yīng)用。碰撞開關(guān)是數(shù)字式的傳感器。它有兩種狀態(tài)：即開和關(guān)。當(dāng)碰撞開關(guān)斷開的時(shí)候，定義為1。當(dāng)碰撞開關(guān)閉合的時(shí)候，定義為0。限位開關(guān)限位開關(guān) 限位開關(guān)是數(shù)字式的傳感器。和碰撞開關(guān)類似；它有兩種狀態(tài)：即開和關(guān)；當(dāng)限位開關(guān)斷開的時(shí)候，定義為1，當(dāng)限位開關(guān)閉合的時(shí)候，定義為0。光敏傳感器光敏傳感器 光傳感器是利用光敏元件將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的傳感器，它的敏感波長(zhǎng)在可見光波長(zhǎng)附近，包括紅外線波長(zhǎng)和紫外線波長(zhǎng)。 光敏元件包括光敏電阻和光敏三極管等電子元件 光敏傳感器是模擬式的傳感器，它是用來檢測(cè)周圍環(huán)境光

5、線的亮暗的傳感器；把光線由亮到暗的范圍定義在0到1024。值越小表示光線越亮，值越大表示光線越暗。 光敏電阻 光敏三極管巡線傳感器巡線傳感器 尋線傳感器包括一個(gè)紅外線傳感器和一個(gè)紅外LED 燈。它向周圍的環(huán)境中發(fā)射紅外光，然后傳感器感應(yīng)周圍反射回來的光線，根據(jù)反射光的強(qiáng)度來決定反射表面的反射率。淡色的表面比黑暗的表面要反射更多的紫外線，這樣傳感器看起來它就更明亮。 這樣傳感器看起來它就更明亮。這樣傳感器就可以探測(cè)到白色表面的一條黑線或黑色表面的一條白線。反射式紅外線傳感器巡線傳感器是模擬式的傳感器，它是用來檢測(cè)顏色的傳感器；把顏色的深淺由白到黑的范圍定義在0到1024。值越小表示顏色越白，值越

6、大表示顏色越黑。安裝實(shí)物圖編碼器編碼器 編碼器常用于動(dòng)力系統(tǒng)中，包括計(jì)算前進(jìn)路程和精確轉(zhuǎn)彎，它包括一個(gè)LED燈和光敏傳感器，它用光敏傳感器探測(cè)一個(gè)隨軸轉(zhuǎn)動(dòng)的帶孔的圓盤來計(jì)算軸的轉(zhuǎn)速以確定輪子走了多遠(yuǎn)。 編碼器是用紅外線傳感器來探測(cè)LED燈發(fā)射的光透過圓盤的光。圓盤一圈有90個(gè)孔。 軸圈數(shù)=孔數(shù)/90路程= 2*R(輪子半徑）*軸圈數(shù)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 編碼器是一個(gè)數(shù)字式的傳感器。它能夠用來測(cè)量和定義馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)或者路程，編碼器一般插在中斷端口（INTERRUPTS），取值范圍：-3267832678。編碼器的基本安裝超聲波傳感器超聲波傳感器 超聲波傳感器是用超聲波來探測(cè)周圍事物的有無或者相對(duì)距離。超

7、聲波傳感器包含兩個(gè)部分：一個(gè)發(fā)射器，產(chǎn)生40kHz 的聲波；一個(gè)探測(cè)器，探測(cè)頻率為40kHz的聲波，并將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)發(fā)回微處理器。原理超聲波傳感器利用高頻率的聲波來探測(cè)障礙物。它發(fā)射一個(gè)超聲波信號(hào)，聲波被外界物體反射回來。然后超聲波傳感器就可以根據(jù)接收到的信號(hào)的時(shí)間和強(qiáng)弱計(jì)算出離障礙物的距離?；驹韴D 超聲波傳感器有兩根連接線，確保標(biāo)有Output標(biāo)簽的線連接到主控器的中斷端口；確保標(biāo)有Input標(biāo)簽的線連接到主控器的數(shù)字輸出端口（默認(rèn)的為1116）。 超聲波的取值范圍：2100cm，小于3cm是超聲波的盲區(qū)，在2cm以內(nèi)就檢測(cè)不到任何物體。角度傳感器角度傳感器 角度傳感器是可變電阻器的一

8、種。通常是由電阻體與轉(zhuǎn)動(dòng)或滑動(dòng)系統(tǒng)組成，即靠一個(gè)動(dòng)觸點(diǎn)在電阻體上移動(dòng)，獲得部分電壓輸出。角度傳感器連接模擬輸入端口，VEX機(jī)器人根據(jù)角度傳感器原理通過輸出電壓不同可在220度的角度內(nèi)測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。超過這一范圍會(huì)造成角度傳感器的損壞。輸出設(shè)備 VEX的基本輸出元件有：馬達(dá)、音響、燈光和屏幕等，程序運(yùn)行時(shí)，這些元件提供的反饋信息可以讓我們隨時(shí)檢驗(yàn)程序運(yùn)行的情況，讓我們了解程序是否如我們?cè)O(shè)計(jì)的那樣，達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求。馬達(dá) 馬達(dá)是給機(jī)器人提供動(dòng)力的主要裝置，通常也被稱為電機(jī)。Vex常用的電機(jī)有普通三線電機(jī)、大功率輸出電機(jī)和伺服電機(jī)。普通電機(jī)伺服電機(jī)用途 普通電機(jī)多用在驅(qū)動(dòng)輪上，以及對(duì)控制精度要求不高的裝置。 大扭矩電機(jī)多用于機(jī)械臂，起重裝置等對(duì)力矩要求較高的運(yùn)動(dòng)裝置上。 伺服電機(jī)可以在120度的角度范圍內(nèi)任意開啟和關(guān)閉，它可以用在一些需要精確移動(dòng)的地方。例如：用來開啟或關(guān)閉一個(gè)夾子。注意： 馬達(dá)轉(zhuǎn)向的判別：馬達(dá)的輸出軸正對(duì)自己，順時(shí)針表示正轉(zhuǎn)，逆時(shí)針表示反轉(zhuǎn)。一般情況下，裝在機(jī)器人左側(cè)的馬達(dá)在ROBOTC程序設(shè)置中應(yīng)設(shè)置為反轉(zhuǎn)，這樣才能保證左右輪前后移動(dòng)方向一致。音響 VEX套裝中并沒有提供喇叭，但卻提供了聲音的輸出端口SP，同時(shí)ROBOTC也提供了有關(guān)的聲音輸出功能，為此我們可以自己制作一個(gè)聲音輸出的裝置，接入VEX中，并享受聲音與音樂帶來的快