سنسورها اغلب براي درک اطلاعات تماسي، تنشي، مجاورتي، بينايي و صوتي به‌کار مي‌روند. عملکرد سنسورها بدين‌گونه است که با توجه به تغييرات فاکتوري که نسبت به آن حساس هستند، سطوح ولتاژي ناچيزي را در پاسخ ايجاد مي‌کنند، که با پردازش اين سيگنال‌هاي الکتريکي ميتوان اطلاعات دريافتي را تفسير کرده و براي تصميم‌گيري‌هاي بعدي از آن‌ها استفاده نمود.
سنسورها را ميتوان از ديدگاه‌هاي مختلف به دسته‌هاي متفاوتي تقسيم که در ذيل مي‌آيد:
a. سنسور محيطي: اين سنسورها اطلاعات را از محيط خارج و وضعيت اشياي اطراف ربات، دريافت مي‌نمايند.
b. سنسور بازخورد: اين سنسور اطلاعات وضعيت ربات، از جمله موقعيت بازوها، سرعت حرکت و شتاب آن‌ها و نيروي وارد بر درايورها را دريافت مي‌نمايند.
c. سنسور فعال: اين سنسورها هم گيرنده و هم فرستنده دارند و نحوه کار آن‌ها بدين ترتيب است که سيگنالي توسط سنسور ارسال و سپس دريافت ميشود.
d. سنسور غيرفعال: اين سنسورها فقط گيرنده دارند و سيگنال ارسال شده از سوي منبعي خارجي را آشکار مي‌کنند، به همين دليل ارزان‌تر، ساده‌تر و داراي کارايي کمتر هستند.
سنسورها در رباتيک
سنسورها از لحاظ فاصله‌اي که با هدف مورد نظر بايد داشته باشند به چند قسمت تقسيم مي‌شوند:
الف- سنسور تماسي: اين نوع سنسورها در اتصالات مختلف محرک‌ها مخصوصا در عوامل نهايي يافت مي‌شوند و به دو بخش قابل تفکيک‌اند.
i. سنسورهاي تشخيص تماس
ii. سنسورهاي نيرو-فشار
ب- سنسورهاي مجاورتي: اين گروه مشابه سنسورهاي تماسي هستند، اما در اين مورد براي حس کردن لازم نيست حتما با شي در تماس باشد. عموما اين سنسورها از نظر ساخت از نوع پيشين دشوارترند ولي سرعت و دقت بالاتري را در اختيار سيستم قرار ميدهند.
دو روش عمده در استفاده از سنسورها وجود دارد:
i. حس کردن استاتيک: در اين روش محرک‌ها ثابت‌اند و حرکت‌هايي که صورت مي‌گيرد بدون مراجعه لحظه‌اي به سنسورها صورت مي‌گيرد.به عنوان مثال در اين روش ابتدا موقعيت شي تشخيص داده ميشود و سپس حرکت به سوي آن نقطه صورت مي‌گيرد.
ii. حس کردن حلقه بسته: در اين روش بازوهاي ربات در طول حرکت با توجه به اطلاعات سنسورها کنترل مي‌شوند. اغلب سنسورها در سيستم‌هاي بينا اين‌گونه‌اند.
نواع سنسورها در ربات
حال از لحاظ کاربردي با نمونه‌هايي از انواع سنسورها در ربات آشنا مي‌شويم:
a. سنسورهاي بدنه (Body Sensors) : اين سنسورها اطلاعاتي را درباره موقعيت و مکاني که ربات در آن قرار دارد فراهم مي‌کنند. اين اطلاعات نيز به کمک تغيير وضعيت‌هايي که در سوييچ‌ها حاصل ميشود، به دست مي‌آيند. با دريافت و پردازش اطلاعات بدست آمده، ربات ميتواند از شيب حرکت خود و اين که به کدام سمت در حال حرکت است آگاه شود. در نهايت هم عکس‌العملي متناسب با ورودي دريافت شده از خود بروز ميدهد.
b. سنسور جهت‌ياب مغناطيسي (Direction Magnetic Field Sensor): با بهره‌گيري از خاصيت مغناطيسي زمين و ميدان مغناطيسي قوي موجود، قطب‌نماي الکترونيکي هم ساخته شده است که ميتواند اطلاعاتي را درباره جهت‌هاي مغناطيسي فراهم سازد. اين امکانات به يک ربات کمک ميکند تا بتواند از جهت حرکت خود آگاه شده و براي تداوم حرکت خود در جهتي خاص تصمصم‌گيري کند. اين سنسورها داراي چهار خروجي مي‌باشند که هرکدام مبين يکي از جهت‌ها است. البته با استفاده از يک منطق صحيح نيز ميتوان شناخت هشت جهت مغناطيسي را امکان‌پذير ساخت.
c. سنسورهاي فشار و تماس (Touch and Pressure Sensors) : شبيه‌سازي حس لامسه انسان کاري دشوار به نظر مي‌رسد. اما سنسورهاي ساده‌اي وجود دارند که براي درک لمس و فشار مورد استفاده قرار مي‌گيرند. از اين سنسورها در جلوگيري از تصادفات و افتادن اتومبيل‌ها در دست‌اندازها استفاده ميشود. اين سنسورها در دست‌ها و بازوهاي ربات هم به منظورهاي مختلفي استفاده مي‌شوند. مثلا براي متوقف کردن حرکت ربات در هنگام برخورد عامل نهايي با يک شي. همچنين اين سنسورها به ربات‌ها براي اعمال نيروي کافي براي بلند کردن جسمي از روي زمين و قرار دادن آن در جايي مناسب نيز کمک ميکند.
با توجه به اين توضيحات ميتوان عملکرد آن‌ها را به دسته هاي زير تقسيم کرد:
1- رسيدن به هدف، 2- جلوگيري از برخورد، 3- تشخيص يک شي.
انواع سنسورها در ربات
d. سنسورهاي گرمايي (Heat Sensors): يکي از انواع سنسورهاي گرمايي ترميستورها هستند.
اين سنسورها مقاومتشان متناسب با دمايشان تغيير ميکند. بسته به اينکه در اثر گرما مقاومتشان افزايش يا کاهش مي‌يابد، براي آن‌ها به ترتيب ضريب حرارتي مثبت يا منفي را تعريف مي‌کنند. نوع ديگري از سنسورهاي گرمايي ترموکوپل‌ها هستند که آن‌ها نيز در اثر تغيير دماي محيط ولتاژ کوچکي را توليد مي‌کنند. در استفاده از اين سنسورها معمولا يک سر ترموکوپل را به دماي مرجع وصل کرده و سر ديگر را در نقطه‌اي که بايد دمايش اندازه‌گيري شود، قرار ميدهند.
e. سنسورهاي بويايي (Smell Sensors): تا همين اواخر سنسوري که بتواند مشابه حس بويايي انسان عمل کند، وجود نداشت. آنچه که موجود بود يک‌سري سنسورهاي حساس براي شناسايي گازها بود که اصولا هم براي شناسايي گازهاي سمي کاربرد داشتند.
ساختمان اين سنسورها به اين صورت است که يک المان مقاومتي پسيو که از منبع تغذيه‌اي مجزا، با ولتاژ 5+ ولت تغذيه ميشود، در کنار يک سنسور قرار دارد که با گرم شدن اين المان حساسيت لازم براي پاسخ‌گويي سنسور به محرک‌هاي محيطي فراهم ميشود.
براي کاليبره کردن اين دستگاه ابتدا مقدار ناچيزي از هر بو يا عطر دلخواه را به سيستم اعمال کرده و پاسخ آن را ثبت مي‌کنند و پس از آن اين پاسخ را به عنوان مرجعي براي قياس در استفاده‌هاي بعدي به کار مي‌‌برند. اصولا در ساختمان اين سيستم چند سنسور، به طور همزمان عمل مي‌کنند و سپس پاسخ‌هاي دريافتي از آن‌ها به شبکه عصبي ربات منتقل شده و تحليل و پردازش لازم روي آن صورت مي‌گيرد. نکته مهم درباره کار اين نوع سنسورها در اين است که آن‌ها نمي‌توانند يک بو يا عطر را به طور مطلق انداره بگيرند. بلکه با اندازه‌گيري اختلاف بين آن‌ها به تشخيص بو مي‌پردازند.
f. سنسورهاي موقعيت مفاصل : رايج‌ترين نوع اين سنسورها کدگشاها (Encoders) هستند که هم از قدرت بالاي تبادل اطلاعات با کامپيوتر برخوردارند و هم اينکه ساده، دقيق، مورد اعتماد و نويز ناپذيرند. اين دسته انکدرها را به دو دسته ميتوان تقسيم کرد:
i. انکدرهاي مطلق: در اين کدگشا ها موقعيت به کد باينري يا کد خاکستري BCD (Binary Codded Decible ) تبديل ميشود. اين انکدرها به علت سنگيني و گران‌قيمت بودن و اينکه سيگنال‌هاي زيادي را براي ارسال اطلاعات نياز دارند، کاربرد وسيعي ندارند. همانطور که مي‌دانيم به‌کار گيري تعداد زيادي سيگنال درصد خطاي کار را افزايش ميدهد و اين اصلا مطلوب نيست. پس از اين انکدرها فقط در مواردي که مطلق بودن مکان‌ها براي ما خيلي مهم است و مشکلي هم از احاظ بار فابل تحمل ربات متوجه ما نباشد، استفاده ميشود.
ii. انکدرهاي افزاينده: اين کدگشا ها داراي قطار پالس و يک پالس مرجع که براي کاليبره کردن بکار مي‌رود هستند، از روي شمارش قطارهاي پالس نسبت به نقطه مرجع به موقعيت مورد نظر دست مي‌يابند. از روي فرکانس (عرض پالس‌ها) ميتوان به سرعت چرخش و از روي محاسبه تغييرات فرکانس در واحد زمان (تغييرات عرض پالس) به شتاب حرکت دوراني پي برد. حتي ميتوان جهت چرخش را نيز فهميد.
سنسورهاي مادون قرمز :
اين سنسور داراي فرستنده وگيرنده است و اصل كار به اين صورت است كه بين فرستنده وگيرنده نور بايد تبادل كنيد تا ارتباط حاصل شود. به اصطلاح يك جريان از يك فوتو ديود عبور مي كند اگر نور مرئي باشد به آن LED گفته ميشود و اگر اين نور نا مرئي باشد به مادون قرمز اطلاق ميشود .
چند مثال از کاربرد هاي اين سنسور:
AV INSTRUMENTS
AUDIO
TV
VCD
CD PLAYER
HOME APPLIACES ( اسبابهاي خانه )
AIR _ CONDITIONER _ FAN _ LIGHT
REMOTE CONTOROL FOR WIRELESS DEVICES (وسايل بي سيمي)
و غيره ....
نمونه هايي از اين سنسور :
PIC 1018sd
TSL245
TSL 260 _TSL261 _ TSL 262
TSL 1100
UCC5341
UCC5342
و ..
سنسور گاز TGS813
سنسور که در بازار به سنسور گاز ( TGS813) معروف است داراي حساسيت بالايي در شناسايي گازهاي قابل اشتعال از جمله بوتان ، متان و پنتان دارد . اين سنسور داراي شش پايه است شما براي استفاده از اين سنسور بايد سه پايه سمت چپ يا راست خود را به مثبت پنج ولت وصل کنيد. هيچ فرقي نميکند که کدام سه پايه را وصل ميکنيد بعد از وصل آن سه پايه سه پايه ديگر را به اين ترتيب وصل ميکنيد . پايه وسط را به زمين و دو پايه ديگر را خروجي ميکنيد .
براي اين که بتوانيد از اين سنسور استفاده کنيد به خروجي سنسور مقاومتي 1.5 کيلو اهم وصل کنيد اين مقاومت طوري وصل ميشود که هميشه با سنسور و مدار بعدي که براي پردازش سنسور مي آيد به صورت موازي است ( يک پايه مقاومت به خروجي مدار و پايه ديگر به زمين متصل است . )
اين سنسور در حالت عادي در خروجي داراي صفر منطقي است و وقتي گاز را احساس ميکند خروجي آن به صورت يک منطقي در مي آيد .
شما براي اين که بفهميد سنسور شما سالم است سنسور را به همان آرايشي که بالا گفته شده بسته و بعد يک ديود نوراني را بايک مقاومت 220 اهم سري کرده و با مقاومت 1.5 کيلو اهم موازي کنيد . و مدار الکترونيک را به برق وصل کنيد . در حالت عادي ديود نوراني خاموش است ولي به محض اين که گازي به مشام سنسور رسيد ديود روشن ميشود .
تذکر:
اين سنسور براي راه اندازي نياز به حرياني حداقل 180 ميلي آمپر دارد براي همين نميتوان آنرا با باتري راه اندازي کرد و براي تغذيه سنسور از يک منبع تغذيه استفاده کنيد .
هميشه يک مقاومت 1.5 کيلواهم بايد با خروجي سنسور موازي باشد در اصل اين مقاومت يک حسن و هزاران عيب را به همراه دارد .
در اصل TGS 813 يک سنسوري است که خروجي آن به صورت آنالوگ با تغيرات گاز تغيير ميکند و نه به صورت ديجيتال براي همين ما براي اين که بتوانيم کار خود را راحت کنيم خروجي را با يک مقاومت 1.5 کيلو موازي ميکنيم که در حالت عادي خروجي را در صفر منطقي نگه دارد و وقتي که گاز آمد خروجي به يک منطقي تغيير حالت دهد البته اين روش براي کارهايي که زياد دقت لازم ندارد روش بسيار عالي و ارزان است ولي براي کارهايي که دقت بالايي را نياز دارند روش مناسبي نيست .
در ضمن موقع استفاده از سنسور حرارت زيادي از آن تصاعد ميکند اين حرارت از سيم پيچ داخلي سنسور است و نگراني ندارد.
براي چک کردن به اين ترتيب عمل ميکنيم :
دو پايه وسطي سنسور را به اهم متر وصل کرده در اين لحظه سنسور بايد مقاومتي در حدود 33 اهم نشان دهد .
دو پايه سمت چپ اصلا نبايد به دو پايه سمت راست راه بدهند .
مدار الکترونيکي سنسور تشخيص نشت گاز :
تشريح مدار :
همانگونه که در نقشه مدارالکترونيک فوق مشاهده مي کنيد تغذيه مدار الکترونيک از برق شهر تامين ميشود . آي سي 7805 يك رگولاتور 5 ولت است كه جريان يكسو شده را تثبيت ميكند . پتانسيومتر P1 و مقاومت R1 به طور سري با سنسور قرار گرفته اند و يك تقسيم كننده ولتاژ را تشكيل ميدهند .
ولتاژ مرجع و مبنا به پايه منفي آي سي اعمال ميشود.
طرز عمل به اين صورت است كه هرچه آلاينده هاي هوا بيشتر باشد ولتاژ بزرگتري به پايه مثبت IC2 اعمال ميشود .
فرض ميكنيم كه مدار در محيطي عاري از آلاينده باشد در اين حالت ولتاژ پايه منفي از پايه مثبت بزرگتر ميباشد و وقتي چيزي غير از حالت نرمال را حس كند ولتاژ پايه مثبت افزايش يافته و خروجي مقايسه کننده تغيير حالت ميدهد . و در نتيجه ترانزيستور T1 مانند كليدي بسته شده و رله جذب ميگردد و ديود نوراني D7 نيز روشن ميشود. و واضح است رله ميتواند هر وسيله اي را نظير آلارم فعال سازد . توسط پتانسيومترهاي P1 و P2 ميتوان زمان عمل مدار ( حساسيت ) را تنظيم كرد .
ديود نوراني و يا زنگ كه در مدار بكار رفته براي مواقعي است كه فردي در اتاق باشد و با ديدن نوراني شدن ديود و يا صداي زنگ به نشت گاز آگاه شود براي مواقعي كه فرد براي مدت طولاني در اتاق نباشد اين موضوع بي فايده است . زيرا پس از مدتي كه از نشت گاز گذشت فشار اطراف سنسور افت ميكند كه اين سبب توقف عمل سنسور ميگردد .
اضافه شدن ديود D5 به مدار در واقع براي رفع اين عيب است . به محض اينكه گاز در هوا منتشر ميشود مقايسه كننده تغيير حالت ميدهد و D5 نيز هدايت خواهد كرد و سبب خواهد شد كه يك فيدبك در اطراف IC2 ايجاد گردد . در نتيجه بدون توجه به تغييرات ناگهاني سنسور ، مقايسه كننده در همين حالت باقي مي ماند. تا اينكه كليد S2 فشار داده شود كل جريان مصرفي مدار نبايد از 200ميلي آمپر تجاوز كند .
P1 بايد طوري تنظيم شود كه حدود 1 تا 3 ولت در محل اتصال P1 و R2 برقرار شود . همچنين P2 طوري تنظيم ميگردد كه در پايه IC2 ولتاژي حدود 0.5 ولت بالاتر وجود داشته باشد . يعني اختلاف ولتاژي حدود 50 ميلي ولت بين دو پايه مثبت و منفي آي سي برقرار گردد
منبع: http://www.forum.microrayaneh.com/س