FirstBot Proyect

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> Studio teorico/pratico

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> Domenica 3-3-2002
> IL sistema di rilevamento a infrarossi.

> I sensori ad infrarossi utilizzati nel progetto sono del tipo on/off, la loro uscita e' cioe' digitale e dovrebbe indicare (salvo disturbi) se stanno ricevendo un segnale IR correttamente modulato oppure no. Per poter determinare almeno in modo approssimativo la distanza da un ostacolo e' pertanto necessario effettuare piu' misure successive variando o la frequenza di emissione dei led, o la potenza del segnale (ampiezza), in modo da verificare a quale valore si comincia a rilevare il raggio riflesso (tanto piu' vicino e' l'ostacolo tanta meno potenza di emissione sara' necessaria o tanto piu' la frequenza di emissione potra' discostarsi dai 38kHz previsti). Nel mio caso penso di usare la modulazione di ampiezza degli impulsi (Pulse Amplitude Modulation), ottenuta facendo passare la tensione proveniente da un convertitore digitale/analogico (DAC) attraverso un interruttore elettronico comandato da un oscillatore a 38kHz. Visto che prevedo di usare un DAC a 5 bit comandato dai pin RB0..RB4, ai capi della resistenza in uscita dovrei ottenere un segnale PAM a 32 livelli.

> Il segnale PAM dovrebbe poi essere inviato, dopo opportuna attenuazione, a dei driver convertitori tensione/corrente che comandano i led emettitori di infrarossi. In questo modo con la tensione generata dal DAC possiamo regolare direttamente il valore della corrente impulsiva che circola nei led IR, e quindi la potenza del segnale emesso.

> IL convertitore DAC.

> Visto che dovevo realizzare un DAC a pochi bit senza alcuna pretesa di precisione, invece di usare un integrato apposito ho preferito cablare una rete di resistenze in configurazione R-2R (ladder). Questa configurazione ha la caratteristica di generare all'uscita (verso il pin non invertente dell'operazionale) la sommatoria della tensioni prodotte da RB0..RB4 facendo in modo che la componente dovuta a RB3 sia la meta' di quella dovuta a RB4, che quella dovuta a RB2 sia la meta' di quella dovuta a RB3 e cosi'via. In pratica se RB4 (il bit piu' significativo) contribuisce con 0,5V, allora RB3 contribuisce con 0,25V, RB2 con 0,125V ecc...

> Per disaccoppiare il ladder dal resto del circuito ho poi aggiunto uno stadio buffer ad operazionale, segliendo un LM358 che ha la caratteristica di lavorare a tensione singola e di poter quindi generare un segnale in uscita che parte da 0V.

> Nelle due immagini qui sotto ci sono la foto del ladder formato dalle 10 resistenze di precisione, e la traccia all'oscilloscopio della rampa di tensione ottenuta su Vout scrivendo tutti i valori da 0 a 31 sui pin RB0..RB4.

> L'oscillatore e l'interruttore elettronico.

> Come generatore per i 38kHz ho usato un NE555, la frequenza si regola con un trimmer multigiri da 50k, pero' non e' stabilissima e varia con la temperatura anche di 200Hz. L'interruttore elettronico l'ho ricavato da uno dei 4 switch analogici contenuti in un CD4066. All'uscita, ai capi della resistenza da 4,7k, e' presente un'onda quadra a 38kHz con ampiezza variabile da 0 a circa 4,8V in 32 step. |

> Sabato 16-3-2002
> LED driver.

> Per pilotare i led IR ho realizzato tre driver di potenza con degli operazionali in configurazione convertitore tensione/corrente. In pratica gli operazionali fanno assorbire ai transistor una corrente tale che ai capi delle resistenze da 10 ohm ci sia la stessa tensione che arriva sugli ingressi non invertenti. Questa tensione e' il segnale PAM opportunamente attenuato tramite un partitore resistivo formato dalla resistenza da 1k e dal trimmer multigiri da 10k. Per le prime prove di emissione ho regolato il trimmer in modo che la tensione sui pin non invertenti raggiunga al massimo 1V, questo significa che la corrente massima che circola nei led e' di 100mA (i led vengono alimentati direttamente dai 9V provenienti dalla batteria).

> Di seguito alcune (per me suggestive) foto in cui e' evidente l'emissione infrarossa
> sotto forma di forti luci (del tutto invisibili a occhio nudo).

> All'inizio temevo che l'emissione infrarossa avrebbe potuto raggiungere le ruote e causare una falsa rilevazione di ostacolo, fortunatamente invece, come si puo' notare dagli spot proiettati nelle foto, il fascio e' abbastanza stretto, le caratteristiche dei led indicano 40 gradi di apertura.

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> Pagina, disegni e foto realizzati da Claudio Fin - Ultimo aggiornamento 17-3-2002