Lekcia 7 z 10: Sledovanie čiary, detekcia útesu Kalibrácia stupňa šede senzora Raspberry Pi Pico auto

Lekcia 7 z 10: Sledovanie čiary, detekcia útesu Kalibrácia stupňa šede senzora Raspberry Pi Pico auto

V tej siedmej lekcii kurzu Raspberry Pi Pico Smart Car preskúmame kľúčové funkcie sledovania čiary a detekcie okrajov pomocou modulu snímača odtieňov šedej. Tento modul funguje ako „oči“ vášho auta, čo mu umožňuje autonómne sledovať vopred určenú cestu a vyhýbať sa nebezpečným pádom. Projekt demonštruje, ako kalibrovať snímač pre presné údaje a implementovať logiku, ktorá udržiava auto na trati, so zábavnou funkciou „Don't Push Me“, ktorá simuluje detekciu okrajov. Táto príručka je ideálna pre každého, kto chce prekročiť základné diaľkové ovládanie a ponoriť sa do sveta robotiky riadenej snímačmi.

Táto technológia má mnoho praktických aplikácií nad rámec zábavného DIY projektu. Princípy, ktoré sa tu naučíte, sú základom pre budovanie skutočných autonómnych systémov. Tu je niekoľko nápadov, ktoré vás môžu inšpirovať:

• Automatizované doručovacie roboty: Postavte malého robota, ktorý sa dokáže pohybovať po sklade alebo kancelárii sledovaním označených čiar na doručovanie predmetov.
• Riešiteľ bludísk na stole: Vytvorte robota, ktorý dokáže prejsť zložité bludisko nakreslené čiernou izolačnou páskou.
• Bezpečnostný a strážny robot: Implementujte hliadkovacieho robota, ktorý sleduje stanovenú trasu a používa detekciu okrajov, aby nespadol zo schodov alebo z vyvýšených povrchov.
• Vzdelávacia platforma: Použite auto na výučbu základov PID regulácie, fúzie snímačov a autonómnej navigácie.

Hardvér a komponenty

Tento projekt stavia na súprave SunFounder Raspberry Pi Pico 4WD car. Kľúčovým komponentom pre túto lekciu je modul snímača odtieňov šedej, ktorý je nevyhnutný pre sledovanie čiary aj detekciu okrajov. Modul obsahuje tri nezávislé snímače, ktoré merajú množstvo svetla odrazeného od povrchu pod nimi. Tieto údaje sa používajú na rozlíšenie medzi čiernou čiarou, bielym povrchom a „okrajom“ alebo otvoreným priestorom. Kompletná súprava tiež obsahuje podvozok auta Pico, motory a batériový blok na napájanie systému.

Sprievodca zapojením

Správne zapojenie je prvým krokom k tomu, aby váš snímač fungoval. Modul odtieňov šedej sa pripája k Raspberry Pi Pico pomocou štyroch vodičov. Zapojenie je jednoduché a je jasne demonštrované vo videu.

Tu je konfigurácia zapojenia, ako je znázornená vo videu (vo videu o 03:01):

• Čierny vodič: Pripojte k GND pinu na Pico.
• Červený vodič: Pripojte k 3.3V pinu na Pico.
• Žltý vodič (pravý snímač): Pripojte k GPIO pinu 28.
• Hnedý vodič (stredový snímač): Pripojte k GPIO pinu 27.
• Biely/sivý vodič (ľavý snímač): Pripojte k GPIO pinu 26.

Kalibrácia snímača odtieňov šedej

Predtým, ako auto spoľahlivo sleduje čiaru, musíte kalibrovať snímač, aby rozumel rôznym hodnotám pre bielu, čiernu a prázdny priestor. Toto je kritický krok na zabezpečenie správnych rozhodnutí auta. Citlivosť snímača je možné nastaviť malým potenciometrom na module.

Video demonštruje proces kalibrácie (vo videu o 04:39). Snímač by mal byť umiestnený v optimálnej výške nad zemou – približne 11 milimetrov alebo jeden centimeter – aby sa dosiahli jasné hodnoty. Úpravou potenciometra a pozorovaním hodnôt nájdete ideálny bod. Cieľom je mať významný rozdiel medzi hodnotami pre biely povrch (ktorý odráža veľa svetla) a čiernu čiaru (ktorá odráža veľmi málo).

Tu je súhrn toho, čo hodnoty znamenajú:

• Biely povrch: Vysoká odrazivosť, čo vedie k vysokým hodnotám snímača (napr. okolo 20 000).
• Čierna čiara: Nízka odrazivosť, čo vedie k nízkym hodnotám snímača (napr. okolo 3 000).
• Okraj (prázdny priestor): Žiadna odrazivosť, čo vedie k najnižším hodnotám snímača (napr. okolo 1 200).

Vysvetlenie kódu

Keďže pre túto lekciu nebol poskytnutý žiadny kód, zameriame sa na koncepčnú logiku a kľúčové funkcie z knižnice Robojax, ktoré sa používajú na fungovanie auta. Video vysvetľuje dve hlavné funkcie, ktoré použijete z poskytnutej knižnice.

Testovanie snímača

Prvým krokom je otestovať snímač jednoduchým skriptom. Tento skript používa funkciu nazývanú get_grayscale_value() na čítanie surových hodnôt z troch snímačov. Vytlačí tieto hodnoty do sériového monitora, aby ste videli, ako sa menia, keď je snímač nad rôznymi povrchmi. To je užitočné na overenie zapojenia a vykonanie kroku kalibrácie.

# Toto je koncepčný príklad testovacej funkcie
from machine import Pin, ADC
import time

# Definujte ADC piny pre snímače odtieňov šedej
grayscale_pins = [26, 27, 28]
sensors = [ADC(Pin(pin)) for pin in grayscale_pins]

while True:
    # Prečítajte surové 16-bitové hodnoty zo snímačov
    values = [sensor.read_u16() for sensor in sensors]
    print("Ľavý: {} Stred: {} Pravý: {}".format(values[0], values[1], values[2]))
    time.sleep_ms(100)

Logika sledovania čiary

Pre sledovanie čiary kód nepoužíva surové analógové hodnoty. Namiesto toho ich konvertuje na jednoduchý digitálny stav: 1, ak je snímač nad čiernou čiarou, a 0, ak je nad bielym povrchom. Toto spracováva funkcia, ktorá vracia zoznam troch hodnôt (napr. [0, 1, 0]). Hlavná riadiaca slučka potom používa tento zoznam na určenie akcií auta.

Logika je založená na porovnávaní stavu senzora s vopred definovanými podmienkami. Napríklad, ak je stav [0, 1, 0], auto je presne na čiare a malo by ísť dopredu. Ak je stav [1, 0, 0], auto sa odchýlilo doľava a musí opraviť svoju dráhu doprava. Video tieto podmienky podrobne vysvetľuje (vo videu v čase 13:05), pričom ukazuje, ako rôzne kombinácie hodnôt senzorov zodpovedajú rôznym príkazom pre motory, ako je zatáčanie doľava, doprava alebo ostrá korekcia.

# Toto je koncepčný príklad logiky sledovania čiary
# Predpokladajme, že 'status' je zoznam ako [0, 1, 0] zo senzora odtieňov sivej

if status == [0, 1, 0]:  # Stredový senzor na čiare
    # Pohyb dopredu
    pass
elif status == [1, 0, 0]:  # Ľavý senzor na čiare
    # Zatočenie doprava
    pass
elif status == [0, 0, 1]:  # Pravý senzor na čiare
    # Zatočenie doľava
    pass
# ... ďalšie podmienky pre ostrejšie zákruty

Živá ukážka projektu

V ukážke vo videu je auto umiestnené na vytlačenej dráhe s hrubou čiernou čiarou. Auto úspešne sleduje čiaru, zatáča a koriguje svoju dráhu počas pohybu. Video poukazuje na bežný problém, keď sa kolesá môžu uvoľniť pri ostrých zákrutách, a ukazuje jednoduché riešenie – pridanie malého kúska pásky na hriadeľ kolesa pre pevnejšie uchytenie. Po tejto oprave auto plynulo prejde celú dráhu, čo dokazuje účinnosť kalibrácie a logiky sledovania čiary.

Kapitoly videa

• [00:00] Úvod do sledovania čiary a detekcie hrany
• [03:01] Zapojenie modulu senzora odtieňov sivej
• [04:39] Kalibrácia senzora odtieňov sivej
• [13:05] Pochopenie logiky sledovania čiary
• [19:43] Testovanie kódu sledovania čiary
• [24:50] Živá ukážka na testovacej dráhe