Proiectarea Unui Mobil Autonom Pentru Masurrare la Distanta a Nivelului de Gaz In Zone Greu Accesibile

CUPRINS

Introducere

Capitolul I Roboți mobili. Generalități.

I.1. Scurt istoric. Definiții și structură……………………………………………………………………………6

I.2. Sisteme mobile…………………………………..…..…………………………………………..

I.2.1. Sisteme ne-automate …………………………………..…..………………….

I.2.2. Sisteme semi-automate ………………………………………………………………………….

I.2.3. Sisteme complet automate……………………………………………………………………….

Capitolul II Noțiuni generale

II.1. Senzori. Clasificări-tipuri……………………………………………………………………….

II.2.Motoare de curent continuu ………………………………………………………………………

II.3.Regulatoare de tensiune……………………………………………………………………………..

II.4.Comanda motoarelor………………………………………………………………………………….

II.5.Tehnologia bluetooh………………………………………………………………………………

II.6 Microcontrollere…………………………………………………………………………………..

Capitolul III Senzori și elemente de comandă, control si comunicații

III.1 Senzor gaz HS133…………………………………………………………………….

III.2 Modul Bluetooth Mate Silver RN-42………………………………………..

III.3 Driver motor L298N………………………………………………….

III.4 Regulator de tensiune IC 7805 ……………………………………………………..

III.5 Motor TGP01 S-A130. Sistemul de iluminat…………………………………………..

III.6 Arduino UNO. Microcontroller AT mega328……………………………………

Capitolul IV Implementarea sistemului mobil

IV.1Schema generală -schenabloc-Schema electrica

IV.2 Interfta cu utilizatorul-algoritm/ schema logica-prezentare interfetei

IV.3 softwer dedicat -schema logica a programului

Anexe………………………………………………………………………………………………………………………………..

Concluziile lucrării………………………………………………………………………………………………………………

Bibliografie………………………………………………………………………………………………………………………..

Introducere

Capitolul I

Roboți mobili. Generalități

I.1. Scurt istoric. Definiții și structură

Termenul de '' robotică '' se referă la știința care îmbină un spectru larg de domenii începând de la mecanică, electronică și sfârșind fenomenele naturii.

Bazele roboticii de azi le regăsim cu mult timp înapoi. Primele modele de mașini au fost numite automate (provenind din grecescul automatos, care se mișcă singur). Acestea puteau să execute câte o singură sarcină, fiind limitate de nivelul tehnologic.

Primul robot mobil a fost Elise (1949), construit de Wiliam Grey Walter, capabil să caute sursa de lumină și să evite obstacolele.

Fig.1.1 Robotul mobil Elise [1]

Robotul reprezintă un sistem compus din mai multe componente: mecanică, senzori și actuatori cât și un mecanism dedicat gestionării direcției. Mecanica stabilește platforma de bază, înfățișarea robotului, cât gama de mișcărilor posibile. Senzorii și actuatorii sunt dedicați interacțiunii cu mediul extern, având un rol cheie în comportamentul sistemului.

Mecanismul de direcție se află în strânsă legătură cu parametrii recepționați cât și cu motoarele de acționareare. Acesta gestionează motoarele și planifică mișcările necesare îndeplinirii obiectivului.

Robotul poate fi definit ca un sistem sau un echipament cu funcționare automată, adaptabilă condițiilor unui mediu complex și variabil în care acționează, înlocuind una sau mai multe dintre funcțiunile umane în acțiunea acestuia asupra mediului în procesul muncii. Adaptabilitatea se poate face prin programare sau reprogramare manuală ori automată. În măsura în care un asemenea sistem are și capacitatea de a reacționa la schimbările condițiilor din mediu înconjurător real în care se desfășoară activitatea și de a-și adapta în consecință strategia de conducere automată în sens de optimizare se asociază și atributul de robot inteligent.[2]

O altă definiție mai scurtă și larg acceptată este următoarea: “un robot este un sistem inteligent care interacționează cu mediul fizic înconjurător, prin intermediul unor senzori efectori”.

Pentru a avea abilitatea de modelare a mediului înconjurător este necesar ca un robot să fie capabil să culeagă date prin intermediul senzorilor într-o unitate de timp. Având în vedere această definiție putem considera că și omul este un robot. Omul ''interacționează" cu lumea înconjurătoare prin intermediul unor simțuri,senzori și a unor efectori.[3]

Elemente de structura

Un echipament mobil ar putea fi considerat ca fiind un robot care este nevoit să se deplaseze într-un mediu oarecare, fără ajutorul omului pentru execuția anumitor sarcini. Din aceste lucruri reiese principala caracteristică, mobilitatea. Roboții mobili au întrebuințări diverse.

De-a lungul timpului au existat și continuă să existe roboți mobili cu funcții diverse, de la aspirator pentru casă la explorator spațial, de la vehicul ghidat automat (AGV) folosit în industrie la robot didactic folosit doar pentru scopuri științifice.

Un robot mobil este format dintr-o serie de componente, unele de natură hardware, iar altele de natură software. Din punct de vedere al componentelor hardware, un robot mobil poate fi considerat ca o colecție de sisteme cum ar fi:

– Locomoția și acțiunea – reprezentând modalitatea prin care robotul reușește să se miște în mediul ambiant;

– Sistem senzorial – modalitatea prin care robotul interpretează proprietățile mediului înconjurător;

– Procesare – modalitatea prin care robotul procesează și ia decizii în legătură cu informațiile primite de la sistemul senzorial;

– Comunicare – modul prin care comunică cu alți roboți sau cu operatorul. [4]

În ceea ce privește sistemul de locomoție și cel de acțiune, în structura roboților mobile se regăsesc componente electro-mecanice care să le asigure o mișcare precisă, bazată pe transformarea energiei electrice în energie mecanică.

Cele mai representative componente sunt:

– Motoarele, servomotoarele, electromagneții;

– Angrenajele sistemului de transmisie;

– Roți, șenile, picioare, elice.[5]

Pentru îndeplinirea funcției de navigare roboții sunt dotați cu subsisteme care asigură deplasarea în mediul de lucru pentru urmărirea traseului, evitarea obstacolelor sau retragerea la punctul de plecare. Datorită avantajelor nenumărate referitoare la mobilitatea roboților, manevrabilitate și simplitate, roboții sunt echipați cu subsisteme de locomoție bazate pe roți. [6]

I.2. Sisteme mobile

I.2.1, Sisteme ne-automate

Un sistem mobil ne-automat reprezintă un robot care nu este autonom, în marea majoritate a cazurilor fiind utilizat în scopul explorării zonelor greu accesibile prin intermediul unui operator uman. Operatorul este însărcinat cu monitorizarea parametrilor recepționați cât și cu manipularea sistemului mobil prin intermediul unui cablu de comandă prevăzut cu telecomandă.

Figura 1.2 Sistem ne-automat

I.2.2. Sisteme semi-automate

Sistemele semi-autonome sunt prevazute cu module pre programate ce oferă posibilitatea robotului să efectueze acțiuni independente de operatorul uman.

De exemplu KaRo utilizează un cablu destinat transmiterii și recepționării de semnale de la operator. Acesta a fost gândit și proiectat în principal pentru inspectarea canalizărilor, conductelor cât și testarea instalațiilor senzoriale. Având în vedere incapacitatea de a percepe complet starea curentă fără intervenția nemărginită din partea operatorului uman, putem clasifica acești roboți ca făcând parte din categoria sistemelor semi-automate. [7]

Fig.1.3 Robot semi-automat KaRo [8]

În anul 2002 a avut loc primul experiment în care un robot, Groundhog, navighează într-un mediu inaccesibil omului fiind comandat de la distanță printr-un cablu. Experimentul a avut loc intr-o mina langă Pittsburgh.

Fig.1.3 Groundhog robot semi-automat

Groundhog este echipat cu senzori laser prin intermediul cărora, printr-un software face o mapare 2D sau 3D a spațiului scanat, metodă prin care își determină poziția actuală, sistemul fiind unul cu control de la distanță (semi-autonom). [9]

I.2.3. Sisteme complet automate

Domeniul sistemelor complet autonome este o ramură a roboticii în care cercetarea și dezvoltarea este în plină expansiune. Un sistem complet autonom deține toate modulele necesare pentru a evalua starea spațiului inspectat și totodata să se ghideze în funcție de informațiile recepționate de la senzorii atașați. Pentru a realizarea schimbului de informații cu operatorul uman, robotului îi este implementat un sistem de comunicații radio.

Vehiculul spatial Opportunity este al doilea dintre cele două vehicule spațiale de tip “rover” destinate explorării planetei Marte. Acesta a amartizat la 25 ianuarie 2004 având ca princepale sarcini următoarele:

– căutarea de minerale feroase

– caracterizarea texturii rocilor și tipurilor de sol

– determinarea proceselor geologice care au produs actuala formă de relief

Fig.1.4 Opportunity Rover

Principale caracteristici:

Tabel 1.1 Caracteristici generale

– Opportunity este echipat cu panouri solare care produc 140 W, suficient să-i asigure o autonomie de 4 ore într-o zi marțiană.

– calculatorul cu care este echipat are un procesor RAD6000 cu 128 DRAM, 3MB EEPROM și 256MB memorie flash;

– temperatura de lucru este cuprinsă între – 40 si + 40 ˚C [10]

Capitolul II

Noțiuni generale

II.1. Senzori. Clasificări-tipuri

Senzorul este elemental sensibil cu rolul de a sesiza mărimea de măsurat aplicată la intrarea sa și de a o converti într-o altă marime fizică, de aceeași natură sau de natură diferită, care poate fi ușor măsurată, cel mai frecvent pe cale electrică. Conversia marimii de intrare în marime de ieșire la senzori se bazează pe efecte fizice sau chimice.

În funcție de tipul de mărime de convertit, se întâlnesc 6 mari categorii de senzori:

– mecanici (incluzând aici pe cei de vibrații sau acustici);

– electrici;

– termali;

– magnetici;

– chimici;

– de radiație (corpusculară sau electromagnetică, inclusiv lumina).

Principalele proprietăți ale unui senzor:

– domeniul de masurare – reprezintă diferența dintre valoarea maximă si valoarea minimă care poate fi măsurată prin intermediul traductorului;

– senzitivitatea – este raportul dintre variația valorii citite la ieșirea traductorului și cea de la intrare;

– precizia – reprezintă capacitatea senzorului de a furniza la ieșire o valoare apropiată corespunzătoare valorii adevărate măsurate;

– rezoluția – reprezintă variația cea mai mică a marimii de intrare care poate fi sesizată la ieșire; – rapiditatea – reprezintă timpul necesar semnalului de ieșire de a atinge valoarea corespunzătoare intrării în urma variației semnalului de intrare de la o valoare inițială la o nouă valoare;

– factorul de zgomot – reprezintă raportul dintre puterea de zgomot de la ieșire si cea de la intrare si reprezintă, indirect, o măsură a modului în care traductorul introduce (sau nu) un zgomot suplimentar; [11]

Din punct de vedere functional, roboții mobili pot fi dotați cu diverse tipuri de senzori și anume:

Tabel 2.1 Tipuri de sezori

II.2. Motoare de curent continuu

Sistemul de locomotive al vehiculului este format din 4 roți acționate independent de 4 motoare de curent continuu cu un voltaj nominal de 9 V.

Un motor de curent continuu este format din următoarele părți componente:

Fig.2.1 Motor de curent continuu

Statorul reprezintă partea fixă a motorului, formată din carcasă 1 și cei doi magneți permanenți 2.

Rotorul este partea mobilă a motorului formată dintr-un ax 3 și armătura ce conține înfăsurarea statorică.

Pe axul motorului este prevăzut un colector 4 cu rol de a schimba sensul curentului prin înfășurarea rotorică. Motorul mai este prevăzut cu un capac pe care sunt montate niș perii fixe prin intermediul cărora se alimentează înfășurarea rotorului.

Principiul de funcționare

Statorul cuprinde înfășurarea de excitație, care va forma un câmp magnetic constant produs de electromagneții alimentați în curent continuu sau de niște magneți permanenți.

Înfășurarea rotorică este alimentată de la o sursă de curent continuu, acest lucru determină apariția unui curent electric prin spirele rotorice. Asupra laturii spirei aflate sub polul nord va acționa o forță electromangnetică iar asupra laturii spirei de sub polul sud va acționa o forță egală dar de sens contrar.[12]

Din această cauză asupra spirei va acționa un cuplu electromagnetic M care va roti spira.

Fig.2.2 Principiu funcționare

Înfășurarea rotorică se conectează la un colector format din lamele care intră în contact cu periile colectoare. Acestea au rolul de a alimenta înfășurarea rotorică.

Polaritatea care se formează în stator atrage polaritatea de semn contrar rotorului. Acest fenomen va determina punerea în mișcare a rotorului. Până la atingerea poziției de aliniere, periile colectoare se mută pe lamelele următoare producând schimbarea polilor rezultând încă o rotire a axului. Acest fenomen se produce până la primirea unei noi comenzi.

II.3. Regulatoare de tensiune

Un stabilizator de tensiune continua reprezintă un cuadripol, care păstrează tensiunea de la bornele de ieșire in limite foarte stranse, indiferent care ar fi variația tensiunii de intrare, a temperaturii mediului ambiant sau a curentului prin sarcină, în domenii reglementate prin standarde.

Moduri de construcție:

a) cea mai simplă metodă se bazează pe proprietățile unor componente electronice, diode zener sau circuite integrate specializate, de a menține într-un domeniu de stabilizare tensiunea constantă la bornele lor.

Performanțele stabilizatorului bazat pe acest principiu sunt determinate strict de caracteristica tensiune-curent a componenteu utilizate.

b) o alta metodă constă în utilizarea unei scheme de amplificator de reacție.

In această situație tensiunea de ieșire se păstrează constantă datorită unui proces de reglare automată care are loc în două faze.

Stabilizatoarele integrate

În cazul acestor tipuri de circuite integrate, atât partea de comandă cât și cea de putere sunt integrate intr-o singură capsulă. Din punct de vedere constructiv sunt de diferite tipuri cu caracteristici tehnice variate.

Cele mai utilizate sunt cele ''liniare'' la care diferența de tensiune este preluată si transformată de circuit sub formă de caldură. O variantă mai imbunătățită sunt cele ''în comutație'', cărora eficiența stabilizării creste întrucât o parte din energie și transformată la ieșire cu ajutorul unor bobine și condensatoare.

Stabilizatoarele clasice se diferențiază in funcție de parametrii:

– curentul maxim de la ieșire;

– tensiune variabilă sau fixă la ieșire;

– formă constructivă;
– eficiența sau randamentul;
– tensiune maximă la intrare etc.

Stabilizatoare de tensiune fixă

Avantajul principal al acestor stabilizatoare se datorează simplității de utilizare pentru că nu există componente externe iar raportul cost-performanță este maxim. Capsula oferă posibilitatea montării pe radiator, fiind prevăzută cu trei terminale.

Stabilizatoarele de tensiune fixă au fost costruite în scopul unei stabilizări locale a tensiunii de alimentare.

Caracteristici generale:

în situația scurtcircuitării ieșirii la masă, circuitul de protecție asigură imunitate pe o durată nedefinită;

limita curentului maxim de ieșire este independentă de temperatură;

tensiunea de ieșire are o precizie de 5%;

funcționarea tranzistorului serie în zona de siguranță este realizată de un circuit de menținere.

II.4.Comanda motoarelor………………………………………………………..

II.5.Tehnologia bluetooh

Tehnologia Bluetooth este o tehnologie de comunicație pe distanțe scurte care este simplă, securizata și se găsește oriunde. Se poate găsi în miliarde de dispozitive care variază de la telefoane mobile și calculatoare, la echipamente medicale și sisteme de divertisment. Este destinat pentru înlocuirea cablurilor de conectare a echipamentelor, menținând în același timp un nivel înalt de siguranță.

Principalele caracteristici ale tehnologiei Bluetooth sunt: rezistență mare, consum scăzut de putere și costul scăzut. Specificațiile Bluetooth definesc o structură uniformă pentru o gamă largă de dispozitive să se conecteze și să comunice între ele.

În 1994 un grup de ingineri de la Ericsson, o companie Suedeză, a inventat o tehnologie de comunicație wireless, care mai târziu a fost numită Bluetooth.

Raza de acțiune poate varia după clasa radio folosită în implementare:

Clasa 3 – raza de 1m

Clasa 2 – raza de 10m. Cele mai întâlnite. Se găsesc deobicei în telefoanele mobile.

Clasa 1 – raza de 100m. Folosite în general în cazuri industriale.

Cea mai des întâlnită clasă este clasa 2 care consumă 2.5mW. Tehnologia Bluetooth a fost proiectată să aibă un consum redus de putere. De asemenea când dispozitivul este inactiv, acesta nu consuma nimic.

4.8.1 Bluetooth v1.0 and v1.0B

Versiunile 1.0 și 1.0B au avut multe probleme, și producătorii au întâmpinat dificultăți în a-și face produsele să fie interoperabile. Versiunile 1.0 și 1.0B includeau adrese hardware obligatorii (BD_ADDR), transmise în procesul de conectare, ceea ce a fost un dezavantaj major pentru anumite servicii gândite pentru folosirea în mediul Bluetooth.

4.8.2 Bluetooth v1.1

Parte din Standardul IEEE 802.15.1-2002. Multe erori găsite în versiunea 1.0B au fost rezolvate. A fost adăugată posibilitatea de a folosi canale ne-encriptate. De asemenea a primit un indicator pentru puterea semnalului recepționat.(RSSI)

4.8.3 Bluetooth v1.2

Această versiune este compatibilă cu versiunea 1.1 și principalele îmbunătățiri includ:

sporirea vitezei de conectare și descoperire.

AFH-spectru împrăștiat cu salt în frecvența adaptiv, ce îmbunătățește rezistenta la interferențe prin evitarea folosirii frecventelor înghesuite în salt de frecvență.

mărirea vitezei de transmisie, până la 721kbps.

conexiuni sincrone extinse (eSCO), ce îmbunătățesc calitatea vocei în legături audio prin permiterea retransmiterii pachetelor corupte, și opțional creșterea latentei audio pentru a îmbunătății transferul de date.

standardul IEEE 802.15.1 – 2005.

4.8.4 Bluetooth v2.0 + EDR

Această versiune de Bluetooth a fost lansată în 2004 și este compatibil cu versiunea precedenta v1.2. Principala diferența este introducerea de EDR (Enhanced Data Rate) pentru transfer de date mai rapid. Rata nominală a EDR este de aproximativ 3 Mbps, cu toate că practic viteza de transfer nu depășește 2.1 Mbps. EDR folosește o combinație de modulație GFSK și PSK cu două variante π/4-DQPSK și 8DPSK. EDR poate oferii un consum redus printr-un duty cycle redus.

Specificația lansată ca “Bluetooth v2.0 + EDR” specifică că EDR este o specificație opțională. Pe lângă EDR, versiunea 2.0 aduce și alte îmbunătățiri minore.

4.8.5 Bluetooth v2.1 + EDR

Versiunea 2.1 + EDR este complet compatibilă cu 1.2 și a fost adoptată de SIG pe 26 iulie 2007.

Cea mai importantă caracteristică a v2.1 este împerecherea sigură simplă (SSP-secure simple pairing): aceasta îmbunătățește procedura de pairing pentru dispozitivele Bluetooth, dar în același timp crește folosirea și puterea securității.

v2.1 aduce diverse ale îmbunătățiri, incluzând “Extended Inquiry Response” (EIR) care oferă mai multă informație în procedura de interogare pentru a îmbunătății filtrarea dispozitivelor înaintea conexiunii.

4.8.6 Bluetooth v3.0 + HS

Versiunea 3.0 + HS a Bluetooth a fost adoptată de SIG pe 21 Aprilie 2009. Bluetooth 3.0 + HS oferă o viteză teoretică de transfer de date de până la 24Mbps, cu toate că nu pe legătura Bluetooth însuși. În schimb legătura Bluetooth este folosită pentru negociere și stabilire, și traficul de date este efectuat pe o legătură 802.11.

Partea de HS (High-Speed) nu este obligatorie, și din această cauză doar dispozitivele care suporta “+HS” vor fi compatibile cu transferul de date de viteză înaltă.

4.8.7 Bluetooth v4.0

Versiunea 4.0 a fost finalizata de SIG și adoptată începând cu 30 Iunie 2010. Aceasta include protocoalele: Classic Bluetooth, Bluetooth High Speed și Bluetooth Low Energy. Bluetooth High Speed este bazat pe tehnologia Wi-Fi.[16]

II.6 Microcontrolerul

Prin definiție microcontrolerul reprezintă un circuit integrat care concentrează într-o singură capsulă atât unitatea centrală de procesare, memoria cât și dispozitivele de comunicare cu exteriorul cum ar fi port serial, paralel, convertoare analog digitale, digital anlogice, oscilator, etc. (Fig 2………………………).

Fig.2…….Schema bloc a microcontrolerului

Microcontrolerele au apărut din dorința de minimizare a spațiului de lucru, astfel că periferice externe unității de procesare au fost minimizate într-o singură capsulă.

Microcontrolerul este partea inteligentă dintr-un sistem înglobat, care reprezintă un mic calculator dedicat cu răspuns în timp real. Sistemele înglobate sunt miniaturizate, fiabile și la preț redus. Caracteristica lor principală fiind realizarea unei anume sarcini cu răspuns cât mai bun în timp real.

Rolul microcontrolerelor:

• Controlul și comanda proceselor prin achiziția și prelucrarea datelor

• Memorarea rezultatelor intermediare sau finale

• Comunicarea cu periferice externe și cu utilizatorul

Microcontrolerul se poate defini ca un circuit logic, programabil, cu o structură adaptată pentru rezolvarea unei largi game de aplicații de timp real. Este folosit ca procesor orientat pe aplicații, fiind, în general, inclus în echipamentul pe care îl comandă.

Având în vedere necesitatea schimbului de informații dintre componenetele microcontrolerului s-a impus implementarea unor magistrale dedicate în funcție de tipul de semnal transmis. Există magistrală de adrese, de date și de comandă și control.

• Magistrala de adrese este unidirecțională indicând celula de memorie sau dispozitivul de comunicare. Capacitatea memoriei este dată de numărul de linii de magistrală dacă memoria este liniară.

• Magistrala de date este bidirecțională și stabilește mărimea valorii înregistrate.

• Magistrala de comandă și control este bidirecțională: indică operațiile ce urmează a fi executate în urma decodificării instrucțiunii, poate elibera resursele sistemului, indică timpul de răspuns, etc.

Domeniile de utilizare ale microcontrolerelor sunt: robotică, mecatronică, electronică medicală, aeronautică, automobile, electrotehnică, etc.

Comparații CISC și RISC la microcontrolere:

• CISC – Set complex de instrucțiuni

– un set de peste 80 instructiuni, multe din ele complexe si specializate

– instrucțiunile sunt diferite între ele: unele operează numai cu anumite spații de adrese sau registre, altele permit numai anumite moduri de adresare, etc. Pentru programatorul care folosește limbaj de asamblare există unele avantaje prin utilizarea unei singure instrucțiuni complexe în locul mai multor instrucțiuni simple (analog macro-instrucțiunilor clasice).

– Timp de execuție și spațiul ocupat de instrucțiuni diferit

– Organizarea memoriei liniară

– Set redus de registre de lucru

– Multe moduri de adresare

– Arhitectură Von-Neuman

– Nu există conceptul de paralelizare

• RISC – Set redus de instrucțiuni – concept de realizare a unității centrale de execuție, care a început sa fie utilizat cu succes și la construcția microcontrolerelor.

– Viteză de calcul crescută;

– Micro-circuit mai simplu

– Caracteristicile asociate de obicei unui CPU RISC sunt:

– arhitectura Harvard

– viteză sporită de execuție prin paralelizare

– memoria organizată în fișiere de lucru

– set de instrucțiuni ortogonal (simetric): fiecare instrucțiune operează cu orice spațiu de adrese (memorie) sau registru, instrucțiunile nu prezintă combinații speciale, excepții, restricții sau efecte colaterale.

– Moduri de adresare redus

– Registre interne mai multe ca la CISC

……………………………………………………………………………….

carteMicrocontrolereMH_FINAL

Microcontrolere CISC și RISC. Arhitecturi și principii de programar

Tiparul executat în TIPOGRAFIA UNIVERSITĂȚII MARITIME Constanța

……………………………………………………………………………………….

Capitolul III

Senzori și elemente de comandă, control si comunicații

III.1 Senzor gaz HS133

Senzorul de gaz HS 133 este un senzor caracterizat printr-o perioadă lungă de bună funcționare și sensibilitate ridicată. Acesta poate fi utilizat atât în domeniul domestic cât și în cel industrial. Este utilizat pentru detectarea scurgerilor de gaz GPL, izobutan, propan și metan.

Fig 3.1 Structura HS133

Pentru funcționare utilizează o rezistență de încălzire împreună cu un senzor electro-chimic. Valoarea mărimii de ieșire este de tip analogic care poate fi interpretată cu ajutorul unei intrări analogice care se găsește pe platforma de procesare.

[ NR referinta –––https://www.sparkfun.com/products/10393]

Fig 3.2 Schemă monofilară HS133

Tensiunea necesară rezistenței de încălzire este de 5V putem conecta un pin `H` împreună cu doi pini `A` sau doi pini `B` la sursă externă de 5V, celălalt pin `H` fiind conectat la masă (GND).

Pentru a controla sensibilitatea senzorului se utilizează un rezistor variabil având gama de reglaj cuprinsă între 2k și 47k ohmi. Cu cât valoarea este mai mică cu atât senzorul este mai puțin sensibil. Dacă folosim o valoare ridicată, senzorul nu mai este precis la concentrații mari de gaz.

Pentru a funcționa optim, producătorul recomandă o perioadă de 24 ore de calibrare înainte de utilizare numită („burn-in time”)

Pentru a recunoaște nivelul de gaz ridicat, s-a optat pentru integrarea unui buzzer pentru avertizare. În cazul în care nivelul gazului depășește un prag prestabilit (în situația de față acesta fiind 60 din 100), buzzerul va emite un semnal sonor. Buzzerul este conectat la un pin digital dotat cu PWM.

Fig 3.3 Schemă montaj HS133

III.2 Modul Bluetooth Mate Silver RN-42

Acest Modulul RN-42 a fost conceput special pentru a fi compatibil cu Arduino, suportând orice rată de transfer între 2400 și 115200bps. Setarea standard este la 9600bps.

Aceste module wireless funcționează în regim serial (RX-TX).

Fig 3.4 Bluetooth Mate Silver RN-42

Bluetooth Mate Silver RN-42 este un modul bluetooth din clasa 2, având rază maximă de acțiune de 10 m. Folosește 26 uA în modul “sleep” , continuând să fie vizibil si disponibil noilor conexiuni.

RN-42 este dotat cu regulatoare de tensiune, fiid alimentat cu o tensiune cuprinsă între 3.3 V DC și 6 V DC. [Referintă NR ––https://www.sparkfun.com/products/10393]

Caracteristici:

– Frecvența: 2.4 ~ 2.524 GHz

– Alimentare: 3.3 – 6 V

– Rata de transfer: 2400 – 115200bps

– Consum: 25mA (în medie)

– Conexiune criptată

– Temperatura de operare: -40oC ~ +70oC

– Prevăzut cu antenă încorporată

– Dimensiuni: 1.75×0.65"

III.3 Driver motor L298N

Pentru controlul cele 4 motoare de curent continuu a fost necesară implementarea unui driver de motoare (L298N). În scopul modificării sensului de rotație al motoarelor se va utiliza cele două punți H.

Fig 3.5 Structură internă a L298N

Ținând cont de faptul că L298N nu prezintă protecție la fluctuațiile de tensiune se vor monta diode de tipul 1N5819 (diodele D1-D8).

Un avantaj deosebit îl constituie interconectarea ușoară cu majoritatea microcontrollerelor deoarece pinii ENA, ENB și IN1, IN2, IN3, IN4 sunt porturi logice TTL standard (5V) . Porturile ENA și ENB sunt utilizate pentru a porni motoarele atunci când se recepționează un semnal digital HIGH (5V), și să le oprească atunci când primește un semnal LOW (0V) sau cu ajutorul PWM se poate controla viteza de deplasare. Un nivel TTL trimis la porturile IN1, IN2, IN3 sau IN4, va avea ca urmare emiterea unei tensiuni mV (curentul pentru motoare).

Fig 3.6 Schema internă a L298N

Se poate observa folosirea unu HEX inverter (7404/74LS04) cu ajutorul căruia putem controla motoarele folosind doar 3 pini ai microcontrollerului.

[http://www.bristolwatch.com/L298N/index.htm]

Principiul de funcționare al punții H:

Dacă tranzistoarele Q1 și Q3 se deschid, curentul va curge prin motor de la terminalul 1 la 2, determinând motorul să se rotească în sensul acelor de ceasornic (de exemplu), și dacă Q2 și Q4 se deschid, curentul va curge de la terminalul 2 la 1 determinând motorul să se rotească în direcția opusă. Motorul poate fi și frânat prin deschiderea tranzistoarelor Q2 și Q3 sau a tranzistoarelor Q1 și Q4. Totuși, dacă tranzistoarele Q1 și Q2 se deschid, în acest caz avem un scurtcircuit între Vcc și masă, ceea ce va duce la defectare tranzistoarelor.

Fig 3.7 Schema principiului de fincționare

III.4 Regulator de tensiune IC 7805

Având în vedere faptul că Arduino alimentează deja cu 5 V sistemul de iluminat și modulul bluetooth, s-a impus utilizarea unui regulator de tensiune pentru a alimenta senzorul de gaz și L298N.

Fig 3.8 Regulator tensiune 7805

Circuitul Integrat 7805 este un regulator de tensiune ce poate fi alimentat de la o tensiune cuprinsă intre 7.5 V și 35 V, asigurând la ieșirea acestuia o tensiune de 5 V.

Fig. 3.9 Regulatorul tensiune 7805

Fig. 3.10 Circuitul electric 7805

III.5 Motor TGP01 S-A130. Sistemul de iluminat

Caracteristici constructive ale motorului de curent continuu TGP01S-A130:

[Datasheet TGP01S-A130]

Fig. 3.11 Elemente constructive al motorului TGP01S-A130

Sistemul de iluminat

……………………………………..

III.6 Arduino UNO. Microcontroller AT mega328

Platforma de dezvoltare Arduino a fost concepută pentru a putea concepe mai ieftin proiecte ce includ părți electronice. O principală caracteristică este repreventată de flexibilitatea hardware și software, având dimensiuni reduse și fiind construită în jurul microcontrollerului Atmega328. Pentru partea software utilizează un program asemănător cu C++

Fig.3.12 Arduino UNO

Echiparea standard cuprinde:

– 14 porturi digitale care pot fi folosite atât pentru intrare cât și pentru ieșire;

– 6 intrări din cele 14 ele se pot folosi pentru a emite PWM;

– 6 porturi analogice;

– un oscilator de 16MHz;

– un port USB;

– un port de alimentare;

– porturi ICSP;

– un buton de reset. [ http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardUno]

Caracteristici microcontroller ATmega328:

face parte din seria megaAVR

este fabricat de Atmel, bazat pe arhitectura RIS

conține 32KB de memorie flash ISP

1KB EEPROM

2KB SRAM,

23 de linii I/O,

32 de registre de uz general,

trei timere ce includ moduri de comparare,

programabil serial USART

interfata seriala bifilara byte-oriented,

un port serial SPI, convertor A/D,

tensiune de funcționare cuprinsă între 1.8 V si 5.5 V.

[http://www.atmel.com/devices/atmega328.aspx]

Capitolul IV

Implementarea sistemului mobil

IV.1Schema generală de interconectare…………………..

IV.2 Interfta cu utilizatorul…………………………..

IV.3 Cod dedicat controlului directiei ………………

Anexe

………………

Concluziile lucrării

………………………….

Bibliografie

[1] https://ro.wikipedia.org/wiki/Robot

[2] *** Ing. Radu Ghelmeci, Coordonator St. Dr. ing. Marian Dima Masterat: “Sisteme mecanice avansate”, lucrarea: “Sistem sensorial de localizare a platformelor mobile robotizate”, Universitatea tehnică de construcții din București, Facultatea de Utilaj Tehnologic 2011

[3] *** Mina Fawzy Adly Habib, "Line Tracking Robot Using Infrared cells For Lane keeping assistant purposes" , February 1st, 2010

[4] *** R. Gartshore, "Autonomous Robotics Exploration of Unknown Enviromments" University of Surrey, Center of Vision, Speech and Signal Processing, School of Electronics and Physical Science, september, 2005.

[5] *** Radu Bogdan Rusu, Robotux – a multiagent robot security system. Master's Thesis, Faculty of Automation and Computer Science, Technical University of Cluj-Napoca, Romania, 2004.

[6] *** Ing. Mihai DUGULEANĂ Coordonator științific: Prof. dr. ing.Gheorghe Mogan “Învățarea roboților mobile pentru deplasare și manipulare în medii îndustrial”, Brașov 2011

[7] *** Supreeth Achar, C V Jawahar D Santosh, "Autonomous Image-based Exploration for Mobile Robot Navigation".

[8] http://www.unitracc.com/know-how/fachbuecher/rehabilitation-and-maintenance-of-drains-and-sewers/inspection/structural-investigations-en/internal-inspection-en/multi-sensor-sewer-inspection-en/karo-system-en

[9] *** Scott Thayer, William Whittaker, Christopher Baker, Wolfram Burgard, David Ferguson, Dirk Hahnel, Michael Montemerlo, Aaron, Zachary Omohundro, Charlie Reverte, Warren Whittaker Sebastian Thrun, "Autonomous Exploration and Mapping of Abandoned Mines" Robotics Institute, Computer Science Department, Carnegie Mellon University, Pittsburgh, PA, Stanford University, Stanford, CA, University of Freiburg, Freiburg, Germany, 2002.

[10] https://en.wikipedia.org/wiki/Opportunity_(rover)#Mission_overview4

[11] Prof. Octavian Fratu, Rețele de senzori. Note de curs

[12] http://www.scribd.com/doc/50020674/Motorul-de-Curent-Contînuu