DIY परिधि वायर जेनरेटर और सेंसर: 8 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:20

उद्योग में तार मार्गदर्शन तकनीक का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है, विशेष रूप से, गोदामों में जहां हैंडलिंग स्वचालित है। रोबोट जमीन में दबे एक वायर लूप का अनुसरण करते हैं। इस तार में 5Kz और 40KHz के बीच अपेक्षाकृत कम तीव्रता और आवृत्ति की एक प्रत्यावर्ती धारा प्रवाहित होती है। रोबोट आगमनात्मक सेंसर से लैस होता है, जो आमतौर पर एक टैंक सर्किट (एक अनुनाद आवृत्ति के साथ उत्पन्न तरंग की आवृत्ति के बराबर या करीब) पर आधारित होता है, जो जमीन के करीब विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र की तीव्रता को मापता है। एक प्रसंस्करण श्रृंखला (प्रवर्धन, फिल्टर, तुलना) तार के भीतर रोबोट की स्थिति को निर्धारित करना संभव बनाती है। इन दिनों, परिधि / सीमा तार का उपयोग "अदृश्य बाड़" बनाने के लिए भी किया जाता है ताकि पालतू जानवरों को गज के भीतर रखा जा सके, और ज़ोन के भीतर रोबोट लॉन घास काटने की मशीन। लेगो भी उसी सिद्धांत का उपयोग करता है जो आगंतुकों को बिना किसी लाइन को देखे सड़कों पर वाहनों का मार्गदर्शन करता है।

यह ट्यूटोरियल आपको एक परिधि तार के लिए अपना जनरेटर और सेंसर बनाने के सिद्धांत, डिजाइन और कार्यान्वयन को समझने में मदद करने के लिए एक आसान और सहज तरीके से समझाता है। फाइलें (स्कीमैटिक्स, ईगल फाइल्स, गेरबर्स, 3डी फाइल्स और अरुडिनो सैंपल कोड) भी डाउनलोड के लिए उपलब्ध हैं। इस तरह, आप अपने पसंदीदा रोबोट में वायर पेरीमीटर डिटेक्शन फीचर जोड़ सकते हैं और इसे एक ऑपरेटिंग "ज़ोन" में रख सकते हैं।

चरण 1: जनरेटर

सिद्धांत

परिधि तार जनरेटर सर्किट प्रसिद्ध NE555 टाइमर पर आधारित होगा। NE555 या उससे अधिक जिसे आमतौर पर 555 कहा जाता है, एक एकीकृत सर्किट है जिसका उपयोग टाइमर या मल्टीवीब्रेटर मोड के लिए किया जाता है। उपयोग में आसानी, कम लागत और स्थिरता के कारण यह घटक आज भी उपयोग किया जाता है। प्रति वर्ष एक अरब इकाइयों का निर्माण किया जाता है। हमारे जनरेटर के लिए, हम एस्टेबल कॉन्फ़िगरेशन में NE555 का उपयोग करेंगे। स्थिर विन्यास एक थरथरानवाला के रूप में NE555 का उपयोग करने की अनुमति देता है। दो प्रतिरोधक और एक संधारित्र दोलन आवृत्ति के साथ-साथ कर्तव्य चक्र को संशोधित करना संभव बनाते हैं। घटकों की व्यवस्था नीचे दिए गए आरेख में दर्शाई गई है। NE555 एक (रफ) वर्ग तरंग उत्पन्न करता है जो परिधि तार की लंबाई को चला सकता है। टाइमर के लिए NE555 डेटाशीट का जिक्र करते हुए, एक नमूना सर्किट है, साथ ही संचालन का सिद्धांत (8.3.2 ए-स्थिर ऑपरेशन)। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स NE555 IC का एकमात्र निर्माता नहीं है, इसलिए क्या आपको दूसरी चिप चुननी चाहिए, इसके मैनुअल की जांच करना सुनिश्चित करें। हम इस अच्छी ५५५ टाइमर सोल्डरिंग किट की पेशकश करते हैं जो आपको इस सर्किट के संचालन को विस्तार से समझने की अनुमति देने के लिए एक थ्रू होल पैकेज में ५५५ टाइमर के सभी आंतरिक घटकों को मिलाप करने का अवसर देगा।

योजनाबद्ध और प्रोटोटाइप

एनई५५५ मैनुअल (८.३.२ ए-स्थिर संचालन अनुभाग) में प्रदान किया गया योजनाबद्ध काफी पूर्ण है। कुछ अतिरिक्त घटक जोड़े गए और नीचे चर्चा की गई। (पहली छवि)

आउटपुट स्क्वायर वेव की आवृत्ति की गणना करने के लिए प्रयुक्त सूत्र है

f = १.४४ / ((रा+२*आरबी)*सी)

उत्पन्न वर्ग तरंग की आवृत्ति रेंज 32 किलोहर्ट्ज़ और 44 किलोहर्ट्ज़ के बीच होगी जो एक विशिष्ट आवृत्ति है जिसे अन्य करीबी उपकरणों में हस्तक्षेप नहीं करना चाहिए। इसके लिए हमने रा = 3.3KOhms, Rb = 12KOhms + 4.7KOhms पोटेंशियोमीटर और C = 1.2nF चुना है। पोटेंशियोमीटर हमें एलसी टैंक सर्किट की अनुनाद आवृत्ति से मेल खाने के लिए स्क्वायर वेव आउटपुट की आवृत्ति को बदलने में मदद करेगा, जिस पर बाद में चर्चा की जाएगी। आउटपुट फ़्रीक्वेंसी का सैद्धांतिक निम्नतम और उच्चतम मान निम्न सूत्र द्वारा परिकलित किया जाएगा (1): निम्नतम फ़्रीक्वेंसी मान: fL = 1.44 / ((3.3+2*(12+4.7))*1.2*10^(-9)) 32 ६९८ हर्ट्ज

उच्चतम आवृत्ति मान: एफएच = 1.44 / ((3.3+2*(12+0))*1.2*10^(-9)) 43 956 हर्ट्ज

चूंकि 4.7KOhms पोटेंशियोमीटर कभी भी 0 या 4.7 तक नहीं पहुंचता है, आउटपुट फ़्रीक्वेंसी रेंज लगभग 33.5Khz से 39Khz तक भिन्न होगी। यहाँ जनरेटर सर्किट का पूरा योजनाबद्ध है। (दूसरी छवि)

जैसा कि आप योजनाबद्ध में देख सकते हैं, कुछ अतिरिक्त घटक जोड़े गए और नीचे चर्चा की जाएगी। यहाँ पूरा बीओएम है:

• R1: 3.3 KOhms
• R2: 12 KOhms
• R3 (करंट लिमिटिंग रेसिस्टर): 47 ओम (2W पावर रेटिंग के साथ गर्मी को खत्म करने के लिए काफी बड़ा होना चाहिए)
• R4: 4.7 KOhm पोटेंशियोमीटर
• C2, C4: 100nF
• C3: 1.2nF (1000pF भी काम करेगा)
• C5: 1uF
• J1: 2.5mm सेंटर पॉजिटिव बैरल कनेक्टर (5-15V DC)
• J2: स्क्रू टर्मिनल (दो पद)
• IC1: NE555 प्रेसिजन टाइमर

योजनाबद्ध में जोड़े गए अतिरिक्त भागों में दीवार एडेप्टर (12V) के आसान कनेक्शन के लिए एक बैरल जैक (J1) और परिधि तार से आसानी से जुड़ने के लिए एक स्क्रू टर्मिनल (12) शामिल हैं। परिधि तार: ध्यान दें कि परिधि तार जितना लंबा होगा, सिग्नल उतना ही खराब होगा। हमने 22 गेज मल्टी-स्ट्रैंड वायर के लगभग 100' के साथ सेटअप का परीक्षण किया (दफन के विपरीत जमीन में आंकी गई)। बिजली की आपूर्ति: एक 12V वॉल एडॉप्टर अविश्वसनीय रूप से सामान्य है, और 500mA से ऊपर की कोई भी वर्तमान रेटिंग अच्छी तरह से काम करनी चाहिए। आप इसे केस में रखने के लिए 12V लेड एसिड या 11.1V LiPo भी चुन सकते हैं, लेकिन इसे वेदरप्रूफ करना सुनिश्चित करें और उपयोग में न होने पर इसे बंद कर दें। यहाँ कुछ भाग जो हम प्रदान करते हैं जिनकी आपको जनरेटर सर्किट बनाते समय आवश्यकता हो सकती है:

• टर्मिनल के लिए 2.1 मिमी बैरल जैक या यह 2.1 मिमी बैरल जैक एडाप्टर - ब्रेडबोर्ड संगत
• 400 टाई प्वाइंट इंटरलॉकिंग पारदर्शी सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड
• 65 x 22 गेज मिश्रित जम्पर तार
• DFRobot प्रतिरोधी किट
• स्पार्कफन कैपेसिटर किट
• 12VDC 3A दीवार एडाप्टर बिजली की आपूर्ति

ब्रेडबोर्ड पर जनरेटर सर्किट कैसा दिखना चाहिए (तीसरी छवि)

चरण 2: परिणाम

जैसा कि जनरेटर सर्किट के आउटपुट के नीचे ऑसिलोस्कोप स्क्रीनशॉट में दिखाया गया है (मिक्सिग 200 मेगाहर्ट्ज 1 जीएस / एस 4 चैनल टैबलेट ऑसिलोस्कोप के साथ लिया गया), हम 36.41 किलोहर्ट्ज़ की आवृत्ति के साथ एक (रफ) स्क्वायर वेव देख सकते हैं और इसका आयाम 11.8V (12V पावर एडॉप्टर का उपयोग करके)। R4 पोटेंशियोमीटर को समायोजित करके आवृत्ति को थोड़ा भिन्न किया जा सकता है।

एक सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड शायद ही कभी दीर्घकालिक समाधान होता है और त्वरित प्रोटोटाइप बनाने के लिए इसका सबसे अच्छा उपयोग किया जाता है। इसलिए, यह पुष्टि करने के बाद कि जनरेटर सर्किट काम कर रहा है, 33.5Khz और 40KHz (R4 पॉट के माध्यम से चर) के साथ एक वर्ग तरंग उत्पन्न करना, हमने केवल PTH (प्लेटेड-थ्रू होल) के साथ एक PCB (24mmx34mm) डिज़ाइन किया है) घटकों को यह एक अच्छा छोटा वर्ग तरंग जनरेटर बोर्ड बनाने के लिए। चूंकि ब्रेडबोर्ड के साथ प्रोटोटाइप के लिए थ्रू-होल घटकों का उपयोग किया गया था, पीसीबी थ्रू-होल घटकों का भी उपयोग कर सकता है (सतह माउंट के बजाय), और हाथ से आसान सोल्डरिंग की अनुमति देता है। घटकों का प्लेसमेंट सटीक नहीं है, और आप सुधार के लिए जगह ढूंढ सकते हैं। हमने ईगल और गेरबर फाइलों को डाउनलोड के लिए उपलब्ध कराया है ताकि आप अपना पीसीबी बना सकें। फ़ाइलें इस आलेख के अंत में "फ़ाइलें" अनुभाग में पाई जा सकती हैं। अपना खुद का बोर्ड डिजाइन करते समय यहां कुछ सुझाव दिए गए हैं: बोर्ड के एक ही तरफ बैरल कनेक्टर और स्क्रू टर्मिनल रखें, घटकों को एक दूसरे के अपेक्षाकृत करीब रखें और निशान/लंबाई को कम करें, बढ़ते छेद एक मानक व्यास हो, और एक आसान में स्थित हो आयताकार पुन: उत्पन्न करें।

चरण 3: तार स्थापना

तो तार कैसे स्थापित करें? इसे दफनाने के बजाय, इसे रखने के लिए बस खूंटे का उपयोग करना सबसे आसान है। आप जो कुछ भी तार को रखना चाहते हैं उसका उपयोग करने के लिए आप स्वतंत्र हैं, लेकिन प्लास्टिक सबसे अच्छा काम करता है। रोबोट लॉन घास काटने की मशीन के लिए इस्तेमाल किए जाने वाले 50 खूंटे का एक पैकेट सस्ता होता है। तार बिछाते समय, सुनिश्चित करें कि स्क्रू टर्मिनल के माध्यम से जनरेटर बोर्ड से जुड़ने के लिए दोनों सिरों को एक ही स्थान पर मिलना चाहिए।

चरण 4: मौसम प्रतिरोध

चूंकि सिस्टम को बाहर इस्तेमाल करने के लिए बाहर छोड़ दिया जाएगा। परिधि तार को एक मौसम प्रतिरोधी कोटिंग की आवश्यकता होती है, और जनरेटर सर्किट स्वयं एक जलरोधी मामले में रखा जाता है। जनरेटर को बारिश से बचाने के लिए आप इस कूल एनक्लोजर का इस्तेमाल कर सकते हैं। सभी तार समान नहीं बनाए गए हैं। यदि आप तार को बाहर छोड़ने की योजना बना रहे हैं, तो सही तार में निवेश करना सुनिश्चित करें, उदाहरण के लिए, यह रोबोमो 300' पेरीमीटर वायर शील्डिंग जो यूवी / पानी प्रतिरोधी नहीं है, समय के साथ जल्दी खराब हो जाएगी और भंगुर हो जाएगी।

चरण 5: सेंसर

सिद्धांत

अब जब हमने जनरेटर सर्किट का निर्माण कर लिया है और यह सुनिश्चित कर लिया है कि यह काम कर रहा है जैसा कि यह माना जाता है, तो यह सोचने का समय है कि तार के माध्यम से जाने वाले सिग्नल का पता कैसे लगाया जाए। इसके लिए हम आपको एलसी सर्किट के बारे में पढ़ने के लिए आमंत्रित करते हैं, जिसे टैंक सर्किट या ट्यूनेड सर्किट भी कहा जाता है। एक एलसी सर्किट एक विद्युत सर्किट है जो एक प्रारंभ करनेवाला / कुंडल (एल) और एक संधारित्र (सी) समानांतर में जुड़ा हुआ है। इस सर्किट का उपयोग फिल्टर, ट्यूनर और फ्रीक्वेंसी मिक्सर में किया जाता है। नतीजतन, यह आमतौर पर प्रसारण और रिसेप्शन दोनों के लिए वायरलेस प्रसारण प्रसारण में उपयोग किया जाता है। हम एलसी सर्किट के बारे में सैद्धांतिक विवरण में नहीं जाएंगे, लेकिन इस लेख में इस्तेमाल किए गए सेंसर सर्किट को समझने के लिए सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि एलसी सर्किट की अनुनाद आवृत्ति की गणना करने का सूत्र होगा, जो इस प्रकार है:

f0 = 1/(2*π*√(एल*सी))

जहां एल एच (हेनरी) में कॉइल का इंडक्शन वैल्यू है और सी एफ (फैराड्स) में कैपेसिटर का कैपेसिटेंस वैल्यू है। तार में चलने वाले 34kHz-40Khz सिग्नल का पता लगाने के लिए सेंसर के लिए, हमारे द्वारा उपयोग किए जाने वाले टैंक सर्किट में इस सीमा में अनुनाद आवृत्ति होनी चाहिए। हमने सूत्र (2) का उपयोग करके गणना की गई 33 932 हर्ट्ज की अनुनाद आवृत्ति प्राप्त करने के लिए एल = 1 एमएच और सी = 22 एनएफ चुना है। हमारे टैंक सर्किट द्वारा पता लगाए गए सिग्नल का आयाम अपेक्षाकृत छोटा होगा (अधिकतम 80mV जब हमने अपने सेंसर सर्किट का परीक्षण किया) जब प्रारंभ करनेवाला तार से लगभग 10 सेमी पर होता है, इसलिए, इसे कुछ प्रवर्धन की आवश्यकता होगी। ऐसा करने के लिए, हमने लोकप्रिय LM324 Op-Amp एम्पलीफायर का उपयोग गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन 2 चरणों के प्रवर्धन में 100 के लाभ के साथ सिग्नल को बढ़ाने के लिए किया है ताकि यह सुनिश्चित हो सके कि 10cm से अधिक दूरी पर एक अच्छा पठनीय एनालॉग सिग्नल प्राप्त हो सके। सेंसर का आउटपुट। यह लेख सामान्य रूप से Op-Amps के बारे में उपयोगी जानकारी प्रदान करता है। साथ ही, आप LM324 की डेटाशीट पर एक नज़र डाल सकते हैं। यहाँ एक LM324 एम्पलीफायर का एक विशिष्ट सर्किट योजनाबद्ध है: गैर-इनवर्टिंग कॉन्फ़िगरेशन में Op-Amp (आगे की छवि)

नॉन-इनवर्टिंग गेन कॉन्फ़िगरेशन के लिए समीकरण का उपयोग करते हुए, Av = 1+R2/R1। R1 को 10KOhms और R2 को 1MOhms पर सेट करने से 100 का लाभ मिलेगा, जो वांछित विनिर्देश के भीतर है। रोबोट के लिए विभिन्न अभिविन्यासों में परिधि तार का पता लगाने में सक्षम होने के लिए, उस पर एक से अधिक सेंसर स्थापित करना अधिक उपयुक्त है। रोबोट पर जितने अधिक सेंसर होंगे, वह बाउंड्री वायर का उतना ही बेहतर पता लगाएगा। इस ट्यूटोरियल के लिए, और चूंकि LM324 एक क्वाड-ऑप एम्पलीफायर है (इसका मतलब है कि एक LM324 चिप में 4 अलग एम्पलीफायर हैं), हम बोर्ड पर दो डिटेक्टिंग सेंसर का उपयोग करेंगे। इसका मतलब है कि दो एलसी सर्किट का उपयोग करना और प्रत्येक में प्रवर्धन के 2 चरण होंगे। इसलिए, केवल एक LM324 चिप की जरूरत है।

चरण 6: योजनाबद्ध और प्रोटोटाइप

जैसा कि हमने ऊपर चर्चा की, सेंसर बोर्ड के लिए योजनाबद्ध बहुत सीधा है। यह एम्पलीफायरों के लाभ को निर्धारित करने के लिए 2 LC सर्किट, एक LM324 चिप और 10KOhms और 1MOhms प्रतिरोधों के एक जोड़े से बना है।

यहां उन घटकों की सूची दी गई है जिनका आप उपयोग कर सकते हैं:

• R1, R3, R5, R7: 10KOhm रेसिस्टर्स
• R2, R4, R6, R8: 1MOhm रेसिस्टर्स
• C1, C2: 22nF कैपेसिटर
• आईसी: LM324N एम्पलीफायर
• JP3 / JP4: 2.54mm 3-पिन M/M हेडर
• इंडक्टर्स 1, 2: 1mH*

* 420mA की वर्तमान रेटिंग वाले 1mH इंडक्टर्स और 40 252kHz के Q फैक्टर को अच्छी तरह से काम करना चाहिए। हमने स्क्रू टर्मिनलों को जोड़ा है क्योंकि रोबोट पर सुविधाजनक स्थानों पर इंडिकेटर्स (तारों को सोल्डर किए गए लीड के साथ) के लिए प्रारंभ करनेवाला योजनाबद्ध की ओर जाता है। फिर, तारों (प्रेरक के) को स्क्रू टर्मिनलों से जोड़ा जाएगा। Out1 और Out2 पिन को सीधे माइक्रोकंट्रोलर के एनालॉग इनपुट पिन से जोड़ा जा सकता है। उदाहरण के लिए, आप अधिक सुविधाजनक कनेक्शन के लिए एक Arduino UNO बोर्ड या, बेहतर, एक BotBoarduino नियंत्रक का उपयोग कर सकते हैं क्योंकि इसमें एनालॉग पिन 3 पिन (सिग्नल, VCC, GND) की एक पंक्ति में टूट गए हैं और यह Arduino संगत भी है। LM324 चिप को माइक्रोकंट्रोलर के 5V के माध्यम से संचालित किया जाएगा, इसलिए, सेंसर बोर्ड से एनालॉग सिग्नल (पता लगाया गया तरंग) प्रारंभ करनेवाला और परिधि तार के बीच की दूरी के आधार पर 0V और 5V के बीच भिन्न होगा। प्रारंभ करनेवाला परिधि तार के जितना करीब होता है, सेंसर सर्किट आउटपुट तरंग का आयाम उतना ही अधिक होता है। यहां बताया गया है कि ब्रेडबोर्ड पर सेंसर सर्किट कैसा दिखना चाहिए।

चरण 7: परिणाम

जैसा कि हम नीचे आस्टसीलस्कप के स्क्रीनशॉट में देख सकते हैं, एलसी सर्किट के आउटपुट पर पता लगाया गया तरंग प्रवर्धित होता है और 5V पर संतृप्त होता है जब प्रारंभ करनेवाला परिधि तार से 15 सेमी पर होता है।

जैसा कि हमने जनरेटर सर्किट के साथ किया था, हमने सेंसर बोर्ड के लिए दो टैंक सर्किट, एक एम्पलीफायर और 2 एनालॉग आउटपुट के साथ थ्रू-होल घटकों के साथ एक अच्छा कॉम्पैक्ट पीसीबी डिजाइन किया है। फ़ाइलें इस आलेख के अंत में "फ़ाइलें" अनुभाग में पाई जा सकती हैं।

चरण 8: Arduino कोड

Arduino कोड जिसे आप अपने परिधि तार जनरेटर और सेंसर के लिए उपयोग कर सकते हैं वह बहुत सरल है। चूंकि सेंसर बोर्ड का आउटपुट 0V से 5V (प्रत्येक सेंसर/प्रेरक के लिए एक) से भिन्न दो एनालॉग सिग्नल हैं, AnalogRead Arduino उदाहरण का उपयोग किया जा सकता है। बस सेंसर बोर्ड के दो आउटपुट पिन को दो एनालॉग इनपुट पिन से कनेक्ट करें और Arduino AnalogRead उदाहरण को संशोधित करके उपयुक्त पिन पढ़ें। Arduino सीरियल मॉनिटर का उपयोग करते हुए, आपको उस एनालॉग पिन का RAW मान देखना चाहिए जिसका आप उपयोग कर रहे हैं 0 से 1024 तक भिन्न होता है क्योंकि आप प्रारंभ करनेवाला के पास परिधि तार के पास जाते हैं।

कोड एनालॉगपिन पर वोल्टेज पढ़ता है और इसे प्रदर्शित करता है।

इंट एनालॉगपिन = ए3; // पोटेंशियोमीटर वाइपर (मध्य टर्मिनल) एनालॉग पिन 3 से जुड़ा है // बाहर जमीन की ओर जाता है और +5V

इंट वैल = 0; // वेरिएबल रीड वैल्यू को स्टोर करने के लिए

व्यर्थ व्यवस्था() {

सीरियल.बेगिन (९६००); // सेटअप सीरियल

}

शून्य लूप () {

वैल = एनालॉगरेड (एनालॉगपिन); // इनपुट पिन Serial.println (वैल) पढ़ें; // डिबग मान