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SENSORE DI SUPERFICIE "DEL TERZO TIPO" |
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Il sensore di superficie (floor sensor) viene utilizzato per rilevare lo stato della superficie su cui opera il robot. Più comunemente, segnala al robot la presenza di buche, dislivelli nel terreno, gradini, ecc. A scuola, dove le dimostrazioni avvengono solitamente sulla cattedra o su banchi di laboratorio, un sensore di superficie può essere utile per evitare che il robot finisca giù dal tavolo... Nei robot line following, il sensore di superficie serve invece per rilevare la linea (bianca, nera o colorata) che costituisce la guida del robot e quindi fornisce informazioni sulla luminosità del terreno o sulla sua colorazione. Naturalmente il sensore di superficie viene montato nella parte inferiore del robot: frontalmente e sui lati oppure, nel caso di line following, in posizione centrale e rivolto verso il basso.
Il modo più semplice per realizzare un sensore di superficie consiste nell'utilizzare una fotoresistenza in un partitore di sensore come nello schema che segue:
In uscita otterremo una tensione positiva che sarà proporzionale alla luminosità della LDR, secondo la formula: Vout = +V * [R / (LDR + R)] Questo sensore presenta l'inconveniente di essere fortemente influenzato dalla capacità riflettente della superficie su cui il robot lavora, il che non permette di stabilire a priori il valore della resistenza R. Il problema può essere risolto sostituendo R con un trimmer, che però deve essere tarato ogni volta che si cambia superficie, il che non è l'ideale se si vuole realizzare un robot autonomo!
Per rendere il sensore indipendente dalla luminosità ambientale si può istallare vicino alla LDR (o al fotodiodo) una sorgente luminosa, come ad es. un diodo LED ad alta luminosità. Questi LED, esternamente trasparenti, forniscono una luce rossastra ad alta intensità, ma ne esistono anche tipi a luce bianca.
In questo modo, la fotoresistenza viene "tarata" sulla luce del diodo riflessa dalla superficie e il sensore rimane più o meno immune alla luminosità dell'ambiente, che risulta più debole:
I sensori a riflessione commerciali funzionano su questo principio, ma la sorgente luminosa è sostituita da un LED infrarosso e la fotoresistenza da un fototransistor. Sono quindi insensibili alla luce visibile:
Tuttavia anche questi sensori hanno dei limiti. Innanzitutto la "portata" dichiarata è di pochi mm. Un aumento della sensibilità (e quindi della distanza) costituisce un fattore negativo, in quanto rende il sensore più vulnerabile ai disturbi e alle fonti luminose. Una forte luce ambientale può saturare il fototransistor, rendendolo cieco al segnale riflesso. Inoltre non tutti i materiali riflettono il raggio luminoso nello stesso modo. È possibile rimediare a questi difetti utilizzando un circuito "del terzo tipo":
Come si vede, ciascun sensore è composto da due fotoresistenze che costituiscono un partitore di tensione. Quando la luce che colpisce le due LDR è uguale, all'uscita del partitore avremo una tensione di ca. 2,5V (= metà della tensione di alimentazione). Questo fatto si verifica in ogni condizione luminosa, per cui possiamo dire che il partitore di tensione è insensibile alle variazioni di luminosità. Quando, al contrario, una delle due fotoresistenze riceve meno luce, il partitore di tensione diventerà più positivo o più negativo. Il trimmer sull'ingresso non invertente dell'operazionale serve per compensare le tolleranze dei valori delle LDR. VANTAGGI In questo sensore viene aggiunta una fotoresistenza per lato, ma allo stesso tempo viene eliminato il diodo emittente, diminuendo così l'assorbimento di corrente dalla batteria. Inoltre il sensore funziona bene in qualunque situazione luminosa e su qualsiasi superficie riflettente, in quanto il segnale in uscita non dipende dalla luminosità assoluta, ma da quella relativa di una LDR rispetto all'altra. Un'altra caratteristica degna di nota è che il sensore risulta insensibile alle variazioni della tensione di alimentazione. |
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