Аппаратная часть курсовой работы.

Лазерный дальномер.

Важнейшим органом аппаратной составляющей курсового проекта является лазерный дальномер -- измеритель расстояния от измерительной головы до исследуемой точки в пространстве. Существует несколько типов измерителей дистанции, однако, лазерный измеритель даёт наиболее точные показания как с точки зрения непосредственного расстояния до точки в пространстве, так и с точки зрения точности нахождения этой точки (лазерный луч, 4 мм, видимый свет). Не стоит приводить характеристики иных способов измерения дистанции (ультразвук, ик датчики) хотя бы по той причине, что их "точка" во много раз больше, и понять, откуда же отразилось их излучение невозможно в случае сложных моделей. Лазерный дальномер в нашей работе использует принцип измерения расстояния по сдвигу фазы отражённого от объекта импульсного лазерного света. Продолжительность импульса находится около 1.3 нс. Практически было установлено, что при измерении расстояния для поверхностей разного цвета из одинакового материала возникает погрешность порядка 1 мм. С практической стороны сложно понять, почему спектральная поглащающая способность материала сдвигает фазу светового сигнала, однако, эту погрешность следует учитывать при расчётах. Возможно, это связано с тем, что показания с измерителя отражённого света (pmd smart pixel) взаимосвязанно усредняются не только во времени, но и в интенсивности принятого светового сигнала.

Для целей нашей курсовой работы было необходимо получить лазерный дальномер в виде конечного устройства, которое бы давало на выходе либо цифровой сигнал по известному стандарту (например, шина USART TTL-совместимая, с описанным протоколом) или же аналоговым сигналом, находящимся в прямой зависимости от расстояния, для обработки на АЦП.

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

В процессе изучения объектной области были найдены следующие решения:

0)  Собрать дальномер, работающий по принципу триангуляции, но с электронной линейкой http://www. *****/magazine/xs/026/080/1.asp, сводить лучи в точку руками. Это слабо применимо, но как вариант, если нет других.

1)  Купить дальномер с интерфейсом Bluetooth (работать с таким очень сложно).

2)  Купить дальномер промышленного назначения за 15 тысяч. Дорого.

3)  Заказать из-за границы устройство, работающее по принципу триангуляции типа такого http://www. /parallax-15-122cm-laser-rangefinder-2.html Почти недорого (130 $) и доставка идёт по принципу "когда требуется срочно, опоздает на месяц".

4)  Вариант с наибольшим риском испортить мат. часть. Покупаем за 2-3 тыс строительную лазерную "электронную рулетку", находим коннектор LCD дисплея, измеряем напряжения на линиях, устанавливаем соответствия между линиями на коннекторе и сегментами на дисплее (дисплеи в лазерниках до 2-3 тыс. в любом случае будут с 7-сегментными цифрами), это легко увидеть просветив дисплей немножко под углом. Зная, что на сегменты приходят какие-то напряжения, к линиям можно подсоединить полевые транзисторы. По 7 штук на цифру. Один порт контроллера на одну цифру+точку (в случае Atmel AVR). Если случайно не повредить коммутацию к дисплею, работать должно гарантированно. Явный минус -- скорость. Чем "рулетка" дешевле, тем медленнее она работает. Не понятно, когда с дисплея забирать число, да и вообще придётся написать целую библиотеку для распознания надписей на дисплее.

5)  Менее рисковый вариант. Достаточно купить дальномер BOSCH DLE 50 или 40. В нём стоит контроллер ATMega169. На мегу заливается альтернативная прошивка (спасибо сообществу, разработавшему её), к выводам на плате распаивается интерфейс UART, подсоединяется либо к FT232RL, либо к другому микроконтроллеру. Команды и форматы данных известны. DLE 50 может получать координаты в большом диапазоне (0.05-50 м) с точностью в 1.5 мм. Однако, измерение дистанции просиходит от 1 до 3 секунд.

6)  Аналогично варианту 2: промышленное устройство 01D100 с диапазоном измерений от 0.2 до 10 м, точностью в 1 мм. http://www. /products/ru/ds/O1D100.htm Приобрести такой прибор вполне реально по цене в 1-4 тысячи рублей РФ, б/у, из Германии. Подобного рода оборудование продаётся компанией IFM Electronic студентам для исследовательских проектов, и только студентам по низким ценам. Естественно, скидка тоже даётся не просто так -- придётся включить их логотип в презентацию на защите, и рассказать, что за оборудование было приобретено (реклама). Именно этот прибор и был куплен.

Характеристики датчика позволяют закрепить его на манипулятор (вес порядка 300 граммов, небольшие габариты), и соответствуют требованиям к выходному сигналу. Измеритель 01D100 способен измерять расстояние в диапазоне от 0.2 до 10 м -- этот диапазон наилучшим образом подходит для целей работы. Для работы датчика необходимо напряжение в диапазоне от 18В до 30В с током не более 200 мА. Оба выода датчика могут быть сконфигурирован:

    В режиме запрограммированного триггера. Например, замыкать выходы по достижении исследуемым объектом определённого расстояния, или нахождения объекта в указанном диапазоне расстояний. Поддерживается мощность коммутируемого сигнала, достаточная для работы элементов ттл-совместимой логики и средств промышленной автоматизации, работающих с напряжением до 30В, и током не более 100 мА. В смешанном режиме: на один из выводов подаётся 10В с током не более 10 мА по достижении исследуемым объектом определённого расстояния, или нахождения объекта в указанном диапазоне расстояний, а на второй аналоговый в диапазоне от 0В до 10В, находящийся в прямой зависимости либо от всего диапазона расстояний (0.2-10 м), либо в указанном вручную диапазоне. В аналоговом режиме. Работает только 1 выход. На нём устанавливается напряжение в диапазоне от 0В до 10В, находящееся в прямой зависимости либо от всего диапазона расстояний (0.2-10 м), либо в указанном вручную диапазоне. Так же, напряжение на выходе может отсутствовать при выходе исследуемого объекта из диапазона допустимых измерений датчика (ближе 0.2 м, сбщ. на дисплее near, дальше 10м, сбщ на дисплее far)

Для выполнения задач проекта целесообразно использовать дальномер с третьей описанной конфигурацией выводов. Аналоговый выход в таком случае подключается к АЦП микроконтроллера через делитель напряжения 1/2.

Более подробно характеристики прибора можно найти в описании на сайте, доступном по ссылке http://www. /products/gb/ds/O1D100.htm