Следование по линии. Основы программирования

1.

Следование по
линии
Основы программирования
LEGO Education EV3 Mindstorms
Теория и
алгоритм
Сборка робота
Программирование
Улучшение
Подготовка к
робота
соревнованиям

2.

Для участия в соревнованиях
«Следование по линии» узнайте, как
должен быть устроен ваш робот,
и как работает датчик цвета.
Основные определения
Регулятор — устройство, которое управляет величиной контролируемого параметра в системах автоматического
регулирования. Его задача — следить за отклонением контролируемого параметра от заданного значения и
формировать управляющий сигнал для минимизации этого отклонения.
Датчик (то же, что и сенсор) — устройство, воспринимающее внешнее воздействие (давление, температуру,
деформацию, частоту, электрическое напряжение, положение в пространстве и т. д.) и непрерывно преобразующее
его в сигнал, удобный для передачи, обработки или регистрации.
Терморегулятор — устройство для поддержания постоянной температуры.
Фоторезистор — датчик, электрическое сопротивление которого меняется в зависимости от интенсивности
падающего на него света. Чем выше уровень освещенности, тем ниже электрическое сопротивление, и наоборот.
Реле — электромеханическое устройство, которое позволяет замыкать или размыкать электрическую цепь при
поступлении на него управляющего сигнала.

3.

Примеры использования регуляторов
Объект: утюг
Задача: поддерживать заданную температуру
подошвы утюга.
Регулятор: терморегулятор — система,
состоящая из биметаллической пластины,
контактов и механизма установки заданной
температуры.
Принцип работы: электрический ток проходит через нагревательный элемент, который выделяет
тепловую энергию и передает ее на подошву утюга. В электрической цепи также установлен
регулятор с биметаллической пластиной (подробнее о биметаллической пластине).
Если температура меньше заданной, то биметаллическая пластина замыкает контакты, и утюг
нагревается. Если температура выше заданной, то пластина изгибается (это происходит потому,
что разные металлы при нагреве расширяются по-разному), размыкает контакты, и утюг остывает

4.

Примеры использования регуляторов

5.

Примеры использования регуляторов

6.

Примеры использования регуляторов

7.

Примеры использования регуляторов
Объект: уличное освещение
Задача: автоматическое включение искусственного
источника света, когда уровень естественной
освещенности на улице становится ниже порогового
значения (например, при наступлении сумерек).
Регулятор: фотореле — система, включающая в себя
фоторезистор, реле и управляющие элементы.
Принцип работы: с наступлением темного времени суток количество солнечного света, попадающего на
светочувствительную поверхность фоторезистора, уменьшается.
При этом электрическое сопротивление датчика, наоборот, возрастает. Когда электрическое сопротивление
достигает уровня выше порогового значения, управляющие элементы схемы дают сигнал на замыкание контактов
реле. Искусственное освещение включается.
С рассветом естественная освещенность на улице начинает увеличиваться, и электрическое сопротивление
фоторезистора снижается. Когда уровень освещенности достигает отметки выше порогового значения, а
электрическое сопротивление — ниже порогового значения, управляющие элементы схемы дают сигнал на
размыкание контактов реле, выключая искусственный источник света.

8.

Релейный двухпозиционный регулятор
Релейными двухпозиционными регуляторами
называются регуляторы, у которых
регулирующий элемент под действием сигнала
от датчика может принимать одно из двух
крайних положений: «открыт» или «закрыт».

9.

Датчик цвета LEGO EV3 Mindstorms
Датчик цвета LEGO EV3 Mindstorms — это цифровой датчик, который определяет цвет или
яркость света, поступающего в фотоприемник на лицевой стороне датчика. Он измеряет
интенсивность света, падающего на фотоприемник, и может работать в трех разных режимах:
«Цвет», «Яркость отраженного света» и «Яркость внешнего освещения».
В режиме «Цвет» датчик может распознать 7
различных цветов:
1 = «черный»
2 = «синий»
3 = «зеленый»
4 = «желтый»
5 = «красный»
6 = «белый»
7 = «коричневый»
0 = «нет цвета»

10.

Датчик цвета LEGO EV3 Mindstorms
Отсутствие цвета свидетельствует о том,
что датчик находится на таком расстоянии
от исследуемой поверхности, при котором
он не способен различать цвета (более 5
см).
Для наибольшей точности, выбирая режим
«Цвет» или «Яркость отраженного света»,
датчик следует держать под прямым углом к
исследуемой поверхности (смотри рисунок)
на расстоянии 0,5 см.

11.

В этом разделе вы узнаете, какие детали
для сборки робота вам пригодятся, и
какие тонкости нужно учесть, чтобы
собрать идеального робота для
соревнований
План сборки робота:
Подготовьте все детали, которые вам понадобятся для сборки робота
Проверяйте каждую деталь на соответствие ее свойствам: колеса должны крутиться, а штифты — крепко
удерживать балки между собой
Собирайте робота шаг за шагом, в соответствии с инструкцией
Если шаг сборки вам непонятен, то вернитесь на шаг назад и проверьте правильность сборки на
предыдущем шаге
По окончании сборки обязательно сверьте вашу модель с итоговым образцом и проверьте надежность
соединения всех узлов конструкции

12.

Оптимальные параметры робота

13.

Запрограммируйте вашего робота в
режиме определения цвета и
протестируйте его на полигоне
Перед началом работы скачайте с официального сайта LEGO
Mindstorms и установите программное обеспечение EV3 Mindstorms
Software на ваш компьютер
После установки запустите программу и создайте новый проект
Запрограммируйте вашего робота, как это показано на видео, и
протестируйте его на полигоне

14.

Нажми на точки

15.

Нажми на точки
Да, вот так!
Теперь пройдись по
схеме.

16.

Нажми на точки
Блок
«Начало
»

17.

Нажми на точки
Блок
«Цикл»

18.

Нажми на точки
Блок
«Переключатель»

19.

Нажми на точки
Ветка условия,
которая выполняется,
когда датчик видит
черный цвет

20.

Нажми на точки
Блок
«Рулевое
управление»

21.

Нажми на точки
Блок «Условие». Выбран
режим «Датчик цвета» –>
«Измерение» –> «Цвет»

22.

Нажми на точки
Ветка условия, которая
выполняется, когда датчик
видит белый цвет

23.

Поменяйте режим датчика цвета с
определения цвета на сравнение
яркости отраженного света и узнайте,
как это повлияет на движение робота по
линии

24.

Определение границы черной линии и
белого полигона
В режиме «Яркость отраженного света» датчик определяет в процентах от 0 до 100, сколько
света отразилось от поверхности и вернулось в фотоприемник по отношению к количеству света,
выпущенного светодиодом, расположенным на лицевой стороне датчика.
Режим сравнения яркости отраженного света
позволяет более точно определить цвет и
границы поверхности и, соответственно,
помогает более точно управлять движением
робота. В данном режиме также удобно
работать и при изменяемых условиях внешней
освещенности.
0 — поверхность черного цвета или
поверхность отсутствует, 100 — поверхность
белого цвета

25.

Определение границы черной линии и
белого полигона
Для того чтобы определить границу черной линии и белого полигона, выполните следующие
действия:
1.
Наведите датчик освещенности на
черную линию и запишите значение яркости
отраженного света в этом месте

26.

Определение границы черной линии и
белого полигона
Для того чтобы определить границу черной линии и белого полигона, выполните следующие
действия:
2.
Наведите датчик освещенности на
белый полигон и запишите значение яркости
отраженного света в этом месте
3.
Занесите показания в формулу
расчета границы черного и белого и
вычислите значение серого
4.
Используйте полученное значение
в вашей программе

27.

Формула расчета границы черного и
белого

28.

Алгоритм - Программа

29.

Теперь вы готовы принять участие
в соревнованиях!
Посмотрите советы победителей
Зарядите аккумуляторы и обязательно возьмите запасные батарейки. Они разряжаются
всегда не вовремя
Перед запуском проверяйте надежность скрепленных деталей и колес. Развалившийся
робот часто становится досадной причиной проигрыша
Сотрите из памяти робота все ненужные программы. Оставьте только те, которые
необходимы для выполнения задачи. Исключите вероятность случайного запуска не той
программы
Перед заездом протрите шины вашего робота и убедитесь, что на полигоне нет мусора. Чем
чище — тем лучше сцепление колес с полигоном