Instructions

Schématické zapojení komponentů na desce YT-DSP Ultrazvukový modul YT-ULT3
Tato experimentální sada obsahuje ultrazvukový vysílač a přijímač. Ultrazvukové vlny jsou
zvukové vlny s relativně vysokou frekvencí, které však již nedokáže lidský sluch nijak vnímat.
V přírodě používají netopýři ultrazvuk pro prostorovou orientaci během letu i za naprosté tmy.
Tato metoda orientace se nazývá echolokace. Veškeré překážky a předměty odrážejí vyslané
ultrazvukové vlny a z jejich odrazu si netopýr udělá velmi přesný obraz o okolním prostředí.
Tento robot používá pro vlnovou orientaci mikrofon. Vysílač emituje akustické impulzy (vlnové dávky)
s frekvencí okolo 40000 Hz. Přijímač detekuje signály, odražené od okolních předmětů a vyhodnocuje
prodlevu mezi odesláním a přijetím signálu. Prodleva umožňuje vypočítat vzdálenosti mezi přijímačem
/ vysílačem a okolními předměty. Ultrazvukový modul dokáže převést časovou prodlevu na elektrické
napětí s určitou úrovní a plochý kabel připojený k analogovo-digitálnímu převodníku v procesoru
robota pak tuto úroveň monitoruje. Softwarový modul pak monitoruje napětí a díky tomu dokáže řídit
pohyby robota.
Seznam jednotlivých komponentů ultrazvukového modulu
1. Vysílač
2. Přijímač
3. Zesilovač přijímače
4. Fixní hodnota referenčního napětí
5. Proměnná hodnota napětí
Mikrokontrolér generuje ultrazvukové vlny, které jsou vysílané prostřednictvím reproduktoru vysílače
(TX). Mikrofon přijímače (RX) přijímá odražené zvukové vlny, které se však musejí zesílit v zesilovači
přijímače. Rezistor R10 umožňuje manuální ovládání faktoru zesílení. Hodnota referenčního napětí,
která je přizpůsobena na hodnotu 50 % napájecího napětí, se používá pro vysílač a pro generování
proměnné hodnoty napětí. Generovaný ultrazvukový signál vstupuje do modulu na pinu CON1 – 13.
Odražený signál je monitorován mikrofonem a vrácen do mikrokontroléru na pinu CON1 – 6.
Generovaný ultrazvukový signál opouští mikrokontrolér a vstupuje do modulu vysílače na pinu CON1
– 13 a rezistoru R3. Vysílač obsahuje 2 zvláštní zesilovače v čipu IC1 z celkového počtu 4. zesilovačů.
Jedná se o tzv. operační zesilovač (Opamp). Operační zesilovače generují maximální energii
do reproduktoru a přijímají slabý a zkreslený mikrofonní signál. Ultrazvukový mikrofon detekuje
odražený signál a transformuje jej do elektrického signálu, který může být zesilovačem odfiltrován
v operačním zesilovači / přijímači Opamp IC1B. Nastavitelný rezistor pak umožňuje ovládání faktoru
zesílení celého systému.
Ultrazvukový systém má extrémně vysokou citlivost pro detekci signálu odraženého od okolních
předmětů, zejména signál předmětů v blízkosti vysílače. Aby se zabránilo odrazům signálu od hlavy
robota doporučujeme proto kompletně vyplnit hlavu robota například vatou.
Sestavený ultrazvukový modul se instaluje přímo do hlavy robota. Přesto má umístění tohoto modulu
výrazný vliv na správnou funkci tohoto systému, vzhledem k nežádoucím odrazům ultrazvuku uvnitř
hlavy robota a nežádoucím odrazům v okolí robota.
Charakteristiky ultrazvukových vln