Arduino का उपयोग करते हुए अल्ट्रासोनिक अवॉइडेंस रोबोट: 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

इस ट्यूटोरियल में, मैं आपको दिखाऊंगा कि रोबोट से बचने के लिए अपनी खुद की बाधा कैसे बनाएं! हम Arduino UNO बोर्ड और एक अल्ट्रासोनिक सेंसर का उपयोग करेंगे। यदि रोबोट अपने सामने किसी वस्तु का पता लगाता है, तो एक छोटी सर्वो मोटर की मदद से, यह मुड़ने का सबसे अच्छा तरीका खोजने के लिए बाएं और दाएं क्षेत्र को स्कैन करता है। इसमें एक नोटिफिकेशन एलईडी, किसी वस्तु का पता चलने पर टोन बजाने के लिए बजर और रोबोट के कार्य को बदलने के लिए एक बटन (रोका/आगे बढ़ना) भी है।

इसे बनाना बहुत आसान है!

चरण 1: चीजें बनाने के लिए नेडेड

इस परियोजना के लिए आपको आवश्यकता होगी:

1. Arduino UNO (इसे Gearbest.com से खरीदें)
2. मिनी ब्रेडबोर्ड (इसे Gearbest.com से खरीदें)
3. L298 मोटर ड्राइवर मॉड्यूल (इसे Gearbest.com से खरीदें)
4. पहियों के साथ 2x dc मोटर्स HC-SR04 अल्ट्रासोनिक सेंसर (इसे Gearbest.com से खरीदें)
5. माइक्रो सर्वो मोटर (इसे Gearbest.com से खरीदें)
6. बटन लाल LED220 ओम रोकनेवाला 9V बैटरी धारक (पावर जैक के साथ या बिना)
7. 8 स्पेसर (पुरुष-महिला),
8. 8 नट और 8 स्क्रू आपको एक बड़े (धातु) की भी आवश्यकता होगी

पेपरक्लिप और बीड बैक सपोर्टिंग व्हील बनाने के लिए।

रोबोट बेस के लिए, मैंने एलीएक्सप्रेस से एक्रेलिक चेसिस का इस्तेमाल किया। आप लकड़ी या धातु के टुकड़े (या दो विद्युत प्लेट) का भी उपयोग कर सकते हैं।

पूरी परियोजना की लागत लगभग 20 डॉलर है

उपकरण: ड्रिल मशीन सुपर ग्लू क्रू ड्राइवर हॉट गन ग्लू (वैकल्पिक) पावर:

हम अपने रोबोट को चालू करने के लिए 9वी की बैटरी का उपयोग करेंगे क्योंकि यह छोटा और सस्ता है, लेकिन यह बहुत शक्तिशाली नहीं है और लगभग एक घंटे के बाद खाली हो जाएगा। विचार करें कि क्या आप एक रिचार्जेबल बैटरी पैक (न्यूनतम 6V, अधिकतम 7V) का उपयोग करना चाहते हैं जो अधिक शक्तिशाली होगा लेकिन यह 9V बैटरी से भी अधिक महंगा और बड़ा होगा। हमारे YouTube चैनल को सब्सक्राइब करें यहां क्लिक करें

चरण 2: अवधारणाओं को समझना

लक्ष्य रोबोट को उसके सामने आने वाली बाधाओं से अवगत कराना है, ताकि वह दिशा बदल सके और उनसे बच सके। पिछले लेख में हमने रोबोट को आगे बढ़ाया था - अब हम उसे कुछ स्वायत्तता देंगे।

अतिध्वनि संवेदक

HC-SR04 एक सर्किट है जो अल्ट्रासोनिक तरंगों का उपयोग करके 4 मीटर तक की वस्तुओं की दूरी को मापने में सक्षम है। यह एक पिंग (पनडुब्बी की तरह) भेजता है और कुछ भी वापस भेजने और प्राप्त करने के बीच के समय (माइक्रोसेकंड में) को मापता है। इस समय को 2 से विभाजित किया जाता है क्योंकि लहर आगे-पीछे चलती है। और फिर सेंटीमीटर (या इंच के लिए 74) में दूरी प्राप्त करने के लिए 29 से विभाजित करें, क्योंकि ध्वनि 29.4µs प्रति सेंटीमीटर (340 m/s) की यात्रा करती है। सेंसर ~ 3 मिमी सहिष्णुता के साथ बहुत सटीक है और Arduino के साथ एकीकृत करना आसान है।

AVR माइक्रोकंट्रोलर के साथ अल्ट्रासोनिक सेंसर को इंटरफेस करना

किसी भी स्वायत्त रोबोट में एक बाधा से बचना चाहिए और एक दूरी मापने वाला सेंसर संलग्न होना चाहिए। एक IR ट्रांसीवर जोड़ी या एक ग्रेस्केल सेंसर आसानी से 1cm-10cm की सीमा में बाधा का पता लगाने के लिए काम कर सकता है। आईआर रेंजफाइंडर (उदाहरण के लिए तेज से) 100 सेमी तक की सीमा के साथ निकटतम बाधा की दूरी को माप सकते हैं। हालाँकि, IR सेंसर सूर्य के प्रकाश और अन्य प्रकाश स्रोतों से प्रभावित होते हैं। IR रेंजफाइंडर की रेंज कम होती है और यह जो करता है उसके लिए महंगा भी होता है। अल्ट्रासोनिक सेंसर (जिसे अल्ट्रासोनिक निकटता सेंसर या गीक्स के लिए सोनार भी कहा जाता है) इन दोनों कार्यों को उचित लागत और असाधारण सटीकता पर करते हैं। सीमा ~ 3 मिमी सटीकता के साथ 3 सेमी से 350 सेमी के बीच कुछ भी है। इन अल्ट्रासोनिक सेंसरों में से एक को हमारे रोबोट में बांधना, यह बाधा से बचने वाले और दूरी मापने वाले सेंसर दोनों के रूप में कार्य कर सकता है।

"अल्ट्रासोनिक" ध्वनि श्रव्य ध्वनि की आवृत्तियों से ऊपर की किसी भी चीज़ को संदर्भित करती है, और नाममात्र रूप से 20,000 हर्ट्ज, या 20kHz से अधिक कुछ भी शामिल है! रोबोटिक्स के लिए उपयोग किए जाने वाले सस्ते अल्ट्रासोनिक सेंसर आमतौर पर 40 kHz से 250 kHz की सीमा में काम करते हैं, जबकि चिकित्सा उपकरणों में उपयोग किए जाने वाले 10Mhz तक जाते हैं।

चरण 3: आवश्यक उपकरण

1. मल्टीमीटर
2. ब्रेड बोर्ड
3. सुई जैसी नाक वाला प्लास
4. वायर स्ट्रिपर
5. तार काटने वाला
6. ग्लू गन

मल्टीमीटर वास्तव में एक साधारण उपकरण है जिसका उपयोग मुख्य रूप से वोल्टेज और प्रतिरोध को मापने और यह निर्धारित करने के लिए किया जाता है कि कोई सर्किट बंद है या नहीं। कंप्यूटर कोड डीबग करने के समान, मल्टीमीटर आपके इलेक्ट्रॉनिक सर्किट को "डीबग" करने में आपकी सहायता करता है।

निर्माण सामग्री

यांत्रिक फ्रेम बनाने के लिए पतली लकड़ी और/या प्लेक्सीग्लास की आसानी से उपलब्ध आपूर्ति बहुत उपयोगी है। एल्यूमीनियम और स्टील जैसी धातुएं अक्सर मशीन की दुकान तक पहुंच वाले लोगों तक ही सीमित होती हैं, हालांकि पतले एल्यूमीनियम को कैंची से काटा जा सकता है और हाथ से मोड़ा जा सकता है। प्लास्टिक के कंटेनर जैसे घरेलू सामानों से भी मैकेनिकल फ्रेम बनाए जा सकते हैं।

हालांकि अन्य सामग्री जैसे प्लास्टिक (प्लेक्सीग्लस से अलग), या फाइबरग्लास और कार्बन फाइबर जैसी अधिक विदेशी सामग्री संभव है, इस गाइड में उन पर विचार नहीं किया जाएगा। कई निर्माताओं ने नोट किया है कि अधिकांश शौकियों के लिए अपने स्वयं के यांत्रिक भागों का उत्पादन करना आसान नहीं है और उन्होंने मॉड्यूलर यांत्रिक भागों का निर्माण किया है। इसमें एक लीडर लिंक्समोशन है जो रोबोट डिजाइनों की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ-साथ आपके अपने कस्टम रोबोट बनाने के लिए आवश्यक भागों की पेशकश करता है।

हाथ के उपकरण

विभिन्न प्रकार और आकारों के स्क्रूड्राइवर और सरौता (जौहरी के टूलसेट सहित: डॉलर की दुकानों पर आमतौर पर उपलब्ध छोटे स्क्रूड्राइवर) आवश्यक हैं। एक ड्रिल (अधिमानतः सीधे छेद के लिए एक ड्रिल प्रेस) भी महत्वपूर्ण है। निर्माण सामग्री (या राउटर) काटने के लिए देखा गया हाथ भी एक महत्वपूर्ण संपत्ति है। यदि बजट अनुमति देता है, तो एक छोटा टेबलटॉप बैंड देखा ($200 रेंज) निश्चित रूप से विचार करने के लिए एक उपकरण है।

सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड

एक सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड आपको अपने लेआउट को अनुकूलित करने और घटकों को आसानी से जोड़ने की अनुमति देता है। सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड के साथ, आपको एक पूर्व-निर्मित जम्पर वायर किट खरीदनी चाहिए जिसमें सोल्डरलेस ब्रेडबोर्ड के साथ उपयोग किए जाने के लिए पूर्व-कट और मुड़े हुए तार होते हैं। यह कनेक्शन को बहुत आसान बनाता है।

छोटा पेचकश सेट

इलेक्ट्रॉनिक्स के साथ काम करते समय ये छोटे स्क्रूड्राइवर्स आवश्यक हैं। हालांकि उन्हें बहुत ज्यादा मजबूर न करें - उनका आकार उन्हें और अधिक नाजुक बना देता है।

नियमित पेचकश सेट

सभी कार्यशालाओं को एक बहु-उपकरण या टूलसेट की आवश्यकता होती है जिसमें फ्लैट / फिलिप्स और अन्य स्क्रूड्राइवर हेड शामिल होते हैं।

सुई जैसी नाक वाला प्लास

छोटे घटकों और भागों के साथ काम करते समय सुई नाक सरौता का सेट अविश्वसनीय रूप से उपयोगी होता है और यह आपके टूलबॉक्स के लिए एक बहुत ही सस्ता अतिरिक्त है। ये नियमित सरौता से भिन्न होते हैं क्योंकि ये एक ऐसे बिंदु पर आते हैं जो छोटे क्षेत्रों में जा सकता है।

वायर स्ट्रिपर्स / कटर

आप किसी भी तार को काटने की योजना बना रहे हैं, एक तार स्ट्रिपर आपको काफी समय और प्रयास बचाएगा। एक वायर स्ट्रिपर, जब ठीक से उपयोग किया जाता है, केवल एक केबल इन्सुलेशन को हटा देगा और कोई किंक उत्पन्न नहीं करेगा या कंडक्टर को नुकसान नहीं पहुंचाएगा। वायर स्ट्रिपर का दूसरा विकल्प कैंची की एक जोड़ी है, हालांकि अंतिम परिणाम गड़बड़ हो सकता है। कैंची, रूलर, पेन, मार्कर पेंसिल, एक्सेक्टो चाकू (या अन्य हाथ से काटने का उपकरण) ये किसी भी कार्यालय में आवश्यक हैं।

चरण 4: AVR को कोड करने के लिए अवधारणाएँ

अल्ट्रासोनिक सेंसर के सापेक्ष ध्वनि की गति की गणना

थोड़ा गणित, लेकिन डरो मत। यह आपके विचार से आसान है।

कमरे के तापमान (~20°C) पर शुष्क हवा में ध्वनि की गति = 343 मीटर/सेकंड

ध्वनि तरंग को हिट करने और पास की वस्तु के लिए एक गोल यात्रा करने के लिए = ३४३/२ = १७१.५ मीटर/चूंकि एक सस्ते अल्ट्रासोनिक सेंसर की अधिकतम सीमा ५ मीटर (राउंड ट्रिप) से अधिक नहीं है, यह अधिक समझ में आता है इकाइयों को सेंटीमीटर और माइक्रोसेकंड में बदलें।

1 मीटर = 100 सेंटीमीटर1 सेकंड = 10^6 माइक्रोसेकंड = (s / 171.5) x (m / 100 सेमी) x ((1x10^6)/s) = (1/171.5) x (1/100) x (1000000/ १) = ५८.३०९०३७९००८७४६४ us/cm = ५८.३१ us/cm (गणना को आसान बनाने के लिए दो अंकों तक पूर्णांकित करना)इसलिए, एक नाड़ी को किसी वस्तु की यात्रा करने और 1 सेंटीमीटर वापस उछालने में लगने वाला समय 58.31 माइक्रोसेकंड है।

AVR घड़ी चक्रों पर छोटी पृष्ठभूमि

AVR घड़ी चक्रों को समझने में एक पूरी तरह से अलग अध्याय लगता है, लेकिन हम संक्षेप में समझेंगे कि यह हमारी गणना को आसान बनाने के लिए कैसे काम करता है

हमारे उदाहरण के लिए, हम AVR ड्रेको बोर्ड का उपयोग करेंगे जिसमें 8-बिट AVR - Atmega328P माइक्रोकंट्रोलर है। चीजों को सरल रखने के लिए, हम माइक्रोकंट्रोलर की सेटिंग में बदलाव नहीं करेंगे। कोई फ्यूज बिट्स छुआ नहीं; कोई बाहरी क्रिस्टल संलग्न नहीं है; कोई सिरदर्द नहीं। फ़ैक्टरी सेटिंग्स पर, यह एक /8 प्रीस्केलर के साथ एक आंतरिक 8MHz थरथरानवाला पर चलता है; यदि आप यह सब नहीं समझते हैं, तो इसका सीधा सा मतलब है कि माइक्रोकंट्रोलर 1MHz आंतरिक RC ऑसिलेटर पर चल रहा है और प्रत्येक घड़ी चक्र में 1 माइक्रोसेकंड लगता है।

1 2 1MHz = 1000000 चक्र प्रति सेकंड इसलिए, 1s/1000000 = 1/1000000 = 1us

AVR घड़ियां और दूरी रूपांतरण

हम लगभग वहीँ हैं! एक बार जब हम जानते हैं कि एवीआर घड़ी चक्रों को ध्वनि तरंगों द्वारा तय की गई दूरी में कैसे परिवर्तित किया जाता है, तो प्रोग्राम में तर्क को लागू करना आसान होता है।

हम जानते हैं कि आदर्श वातावरण में अल्ट्रासोनिक ध्वनि की गति है: 58.31 us/cm

हम जानते हैं कि AVR माइक्रोकंट्रोलर का रिज़ॉल्यूशन 1us/घड़ी चक्र (CLK) है

इसलिए, ध्वनि प्रति घड़ी चक्र (CLK) द्वारा तय की गई दूरी है:

1 2 3 = (58.31 यूएस/सेमी) x (1 यूएस/सीएलके) = 58.31 घड़ी चक्र/सेमी या = 1/58.31 सेमी/क्लक

यदि ध्वनि को यात्रा करने और वापस उछालने में लगने वाले घड़ी चक्रों की संख्या ज्ञात हो, तो हम आसानी से दूरी की गणना कर सकते हैं। उदाहरण के लिए, यदि सेंसर यात्रा करने और वापस उछाल के लिए 1000 घड़ी चक्र लेता है, तो सेंसर से निकटतम वस्तु की दूरी = 1000/58.31 = 17.15 सेमी (लगभग) है।

क्या अब सब कुछ समझ में आता है? नहीं? इसे फिर से पढ़ो

यदि आप ऊपर बताए गए सभी तर्कों के साथ स्पष्ट हैं, तो हम अपने AVR Arduino बोर्ड के लिए एक सस्ते HC-SR04 अल्ट्रासोनिक सेंसर को जोड़कर इसे वास्तविक दुनिया के परिदृश्य में लागू करेंगे।

चरण 5: हार्डवेयर कनेक्शन:

Arduino Board किसी भी बाहरी सेंसर को कनेक्ट करना और LCD पर परिणाम देखना आसान बनाता है। अल्ट्रासोनिक रेंज सेंसिंग के लिए, हम एक सस्ते HC-SR04 मॉड्यूल का उपयोग करते हैं। मॉड्यूल में 4 पिन हैं जिन्हें माइक्रोकंट्रोलर बोर्ड से जोड़ा जा सकता है: वीसीसी, टीआरआईजी, ईसीएचओ, और जीएनडी।

Arduino बोर्ड पर VCC पिन को 5V और GND पिन को ग्राउंड से कनेक्ट करें।

TRIG पिन और ECHO पिन को बोर्ड पर उपलब्ध किसी भी पिन से जोड़ा जा सकता है। पिन को ट्रिगर करने के लिए न्यूनतम 10us 'उच्च' सिग्नल भेजना आठ 40 kHz ध्वनि तरंगें भेजता है और इको पिन को उच्च खींचता है। यदि ध्वनि पास की वस्तु से उछलकर वापस आती है, तो इसे ट्रांसड्यूसर प्राप्त करके कैप्चर किया जाता है और इको पिन को 'लो' खींचा जाता है।

अल्ट्रासोनिक सेंसर मॉड्यूल के अन्य वेरिएंट भी सिर्फ 3 पिन के साथ उपलब्ध हैं। कार्य सिद्धांत अभी भी वही है, लेकिन ट्रिगर और इको पिन की कार्यक्षमता एक ही पिन में संयुक्त होती है।

एक बार कनेक्ट होने के बाद, ट्रिगर और इको पिन को सॉफ्टवेयर के माध्यम से कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। इस उदाहरण को सरल रखने के लिए, हम इस उदाहरण में किसी भी इंटरप्ट पिन (या इनपुट कैप्चर पिन) का उपयोग नहीं करेंगे। निर्दिष्ट इंटरप्ट पिन का उपयोग न करने से हमें मॉड्यूल को बोर्ड पर किसी भी उपलब्ध पिन से जोड़ने की स्वतंत्रता भी मिलती है।

चरण 6: कोड

कोडनीचे दिए गए कोड में पिछले लेख से एच-ब्रिज का उपयोग करके डीसी मोटर नियंत्रण के लिए केवल "अल्ट्रासोनिक" एक्सटेंशन है। जब रोबोट अपने सामने एक बाधा का पता लगाता है, तो वह घूमता है (यादृच्छिक डिग्री) और आगे बढ़ना जारी रखता है। एक ही समय में मोड़ और बाधाओं का पता लगाने के लिए इस कार्यक्षमता को आसानी से बढ़ाया जा सकता है - इसलिए रोबोट बेतरतीब ढंग से नहीं मुड़ेगा, लेकिन किसी वस्तु का पता नहीं चलने पर ही आगे बढ़ना शुरू करेगा।

कोड स्पष्टीकरण के लिए चैनल पर सूचीबद्ध यूट्यूब वीडियो देखें।

चरण 7: वीडियो

पूरी प्रक्रिया के लिए वीडियो देखें।