Сабақ 7/10: Сызықты қадағалау, жартасты анықтау Сұр реңкті сенсорды калибрлеу Raspberry Pi Pico көлігі

Сабақ 7/10: Сызықты қадағалау, жартасты анықтау Сұр реңкті сенсорды калибрлеу Raspberry Pi Pico көлігі

Raspberry Pi Pico Smart Car курсының осы жетінші сабағында біз сұр реңкті датчик модулін пайдаланып, сызықты қадағалау мен құзды анықтаудың маңызды функцияларын зерттейміз. Бұл модуль сіздің көлігіңіздің «көзі» ретінде әрекет етеді, оған алдын ала белгіленген жолмен автономды түрде жүруге және қауіпті құламалардан аулақ болуға мүмкіндік береді. Жоба датчикті дәл көрсеткіштер үшін калибрлеуді және көлікті жолда ұстап тұратын логиканы енгізуді көрсетеді, сонымен қатар құзды анықтауды имитациялайтын көңілді «Мені итерме» функциясы бар. Бұл нұсқаулық қарапайым қашықтан басқарудан асып, датчик басқаратын робототехника әлеміне енгісі келетіндерге өте ыңғайлы.

Бұл технологияның көңілді DIY жобасынан басқа да көптеген практикалық қолданыстары бар. Мұнда үйренетін принциптер нақты әлемдегі автономды жүйелерді құрудың негізі болып табылады. Сізді шабыттандыру үшін бірнеше идея:

• Автоматтандырылған жеткізу роботтары: Белгіленген сызықтарды қадағалап, заттарды жеткізу үшін қойма немесе кеңсе еденінде жүре алатын шағын робот жасаңыз.
• Үстел үсті лабиринт шешуші: Қара электр таспасымен сызылған күрделі лабиринтті шарлай алатын робот жасаңыз.
• Қауіпсіздік және күзет роботы: Белгіленген жолмен жүретін және баспалдақтан немесе биік беттерден құлап кетпеу үшін құзды анықтауды қолданатын патрульдік ботты енгізіңіз.
• Білім беру платформасы: PID басқару, датчиктерді біріктіру және автономды навигация негіздерін үйрету үшін көлікті пайдаланыңыз.

Аппараттық құралдар мен компоненттер

Бұл жоба SunFounder Raspberry Pi Pico 4WD көлік жинағына негізделген. Бұл сабақтың негізгі компоненті сұр реңкті датчик модулі болып табылады, ол сызықты қадағалау мен құзды анықтау үшін маңызды. Модульде төмендегі беттен шағылысқан жарық мөлшерін өлшейтін үш тәуелсіз датчик бар. Бұл деректер қара сызықты, ақ бетті және «құзды» немесе ашық кеңістікті ажырату үшін қолданылады. Толық жинаққа сонымен қатар Pico көлік шассиі, қозғалтқыштар және жүйені қуаттандыруға арналған батарея пакеті кіреді.

Сым қосу нұсқаулығы

Дұрыс сым қосу датчиктің жұмыс істеуінің алғашқы қадамы болып табылады. Сұр реңкті модуль Raspberry Pi Pico-ға төрт сым арқылы қосылады. Сым қосу қарапайым және бейнеде анық көрсетілген.

Бейнеде көрсетілген сым қосу конфигурациясы (бейнеде 03:01):

• Қара сым: Pico-дағы GND түйреуішіне қосыңыз.
• Қызыл сым: Pico-дағы 3.3V түйреуішіне қосыңыз.
• Сары сым (оң датчик): GPIO 28 түйреуішіне қосыңыз.
• Қоңыр сым (орталық датчик): GPIO 27 түйреуішіне қосыңыз.
• Ақ/сұр сым (сол датчик): GPIO 26 түйреуішіне қосыңыз.

Сұр реңкті датчикті калибрлеу

Көлік сызықты сенімді түрде қадағалай алмас бұрын, ақ, қара және бос кеңістік үшін әртүрлі көрсеткіштерді түсіну үшін датчикті калибрлеу керек. Бұл көліктің дұрыс шешім қабылдауын қамтамасыз ету үшін маңызды қадам. Датчиктің сезімталдығын модульдегі шағын потенциометрмен реттеуге болады.

Бейне калибрлеу процесін көрсетеді (бейнеде 04:39). Датчик анық көрсеткіштер алу үшін жерден оңтайлы биіктікте — шамамен 11 миллиметр немесе бір сантиметр — орналасуы керек. Потенциометрді реттеп, мәндерді бақылай отырып, оңтайлы нүктені табуға болады. Мақсат — ақ бет (көп жарық шағылыстырады) мен қара сызық (өте аз шағылыстырады) үшін көрсеткіштер арасында айтарлықтай айырмашылық болуы.

Міне, көрсеткіштердің мағынасының қысқаша мазмұны:

• Ақ бет: Жоғары шағылысу, нәтижесінде жоғары датчик мәндері (мысалы, шамамен 20,000).
• Қара сызық: Төмен шағылысу, нәтижесінде төмен датчик мәндері (мысалы, шамамен 3,000).
• Құз (қуыс кеңістік): Шағылысу жоқ, нәтижесінде ең төменгі датчик мәндері (мысалы, шамамен 1,200).

Код түсіндірмесі

Бұл сабақ үшін код ұсынылмағандықтан, біз концептуалды логикаға және көлікті жұмыс істету үшін қолданылатын Robojax кітапханасының негізгі функцияларына назар аударамыз. Бейне ұсынылған кітапханадан қолданатын екі негізгі функцияны түсіндіреді.

Датчикті тексеру

Алғашқы қадам — қарапайым скриптпен датчикті тексеру. Бұл скрипт үш датчиктен шикі мәндерді оқу үшін get_grayscale_value() деп аталатын функцияны пайдаланады. Ол осы мәндерді сериялық мониторға басып шығарады, осылайша датчик әртүрлі беттердің үстінде болғанда олардың қалай өзгеретінін көре аласыз. Бұл сым қосуды тексеру және калибрлеу қадамын орындау үшін пайдалы.

# Бұл тест функциясының концептуалды мысалы
from machine import Pin, ADC
import time

# Сұр реңкті датчиктер үшін ADC түйреуіштерін анықтаңыз
grayscale_pins = [26, 27, 28]
sensors = [ADC(Pin(pin)) for pin in grayscale_pins]

while True:
    # Датчиктерден шикі 16-биттік мәндерді оқыңыз
    values = [sensor.read_u16() for sensor in sensors]
    print("Сол: {} Орталық: {} Оң: {}".format(values[0], values[1], values[2]))
    time.sleep_ms(100)

Сызықты қадағалау логикасы

Сызықты қадағалау үшін код шикі аналогтық мәндерді пайдаланбайды. Оның орнына оларды қарапайым цифрлық күйге түрлендіреді: датчик қара сызықтың үстінде болса 1, ал ақ беттің үстінде болса 0. Бұл үш мәннің тізімін қайтаратын функциямен өңделеді (мысалы, [0, 1, 0]). Негізгі басқару циклі содан кейін көліктің әрекеттерін анықтау үшін осы тізімді пайдаланады.

Логика сенсор күйін алдын ала анықталған шарттармен салыстыруға негізделген. Мысалы, егер күй [0, 1, 0] болса, машина сызықта дәл тұр және алға жүруі керек. Егер күй [1, 0, 0] болса, машина солға ауытқыған және оңға қарай бағытын түзетуі қажет. Бейнеде бұл шарттар егжей-тегжейлі түсіндіріледі (бейнеде 13:05), сенсор көрсеткіштерінің әртүрлі комбинациялары солға бұрылу, оңға бұрылу немесе күрт түзету сияқты әртүрлі мотор командаларына қалай сәйкес келетіні көрсетіледі.

# Бұл сызықты қадағалау логикасының концептуалды мысалы
# 'status' сұр реңкті сенсордан алынған [0, 1, 0] сияқты тізім деп есептейік

if status == [0, 1, 0]:  # Орталық сенсор сызықта
    # Алға жүру
    pass
elif status == [1, 0, 0]:  # Сол жақ сенсор сызықта
    # Оңға бұрылу
    pass
elif status == [0, 0, 1]:  # Оң жақ сенсор сызықта
    # Солға бұрылу
    pass
# ... күрт бұрылыстар үшін басқа шарттар

Тірі жоба демонстрациясы

Бейнедегі демонстрацияда машина қалың қара сызығы бар басып шығарылған жолға қойылады. Машина сызықты сәтті қадағалап, жол бойымен қозғалған кезде бұрылыстар жасап, түзетулер енгізеді. Бейнеде күрт бұрылыстар кезінде дөңгелектердің босап қалуы мүмкін жалпы мәселе көрсетіліп, дөңгелек білігіне тығыз орнату үшін кішкене таспа қоюдың қарапайым шешімі ұсынылады. Бұл түзетілгеннен кейін машина бүкіл жолды тегіс өтіп, калибрлеу мен сызықты қадағалау логикасының тиімділігін көрсетеді.

Бейне бөлімдері

• [00:00] Сызықты қадағалау және құзды анықтауға кіріспе
• [03:01] Сұр реңкті сенсор модулін қосу
• [04:39] Сұр реңкті сенсорды калибрлеу
• [13:05] Сызықты қадағалау логикасын түсіну
• [19:43] Сызықты қадағалау кодын тестілеу
• [24:50] Сынақ жолында тірі демонстрация