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TUTORIAL - SENSORE INFRAROSSO LEGO MINDSTORMS EV3

In che modo un robot può fermarsi ad una certa distanza da un oggetto, rilevare la posizione approssimativa del telecomando a raggi infrarossi, essere controllato in remoto?
Il kit “Lego® Mindstorms® EV3 Education” può essere accessoriato con il sensore infrarosso...

  by Luca Balestra
Lego® Mindstorms® EV3

Introduzione

In questo tutorial vedremo l’utilizzo del sensore infrarosso e del telecomando a raggi infrarossi, accessori del kit Lego® Mindstorms® EV3 Education.

Nello specifico, tratteremo:
  • Caratteristiche del sensore infrarosso e del telecomando a raggi infrarossi
  • Installazione del sensore infrarosso
  • Programmazione del sensore infrarosso

Tecnologia:

Caratteristiche del sensore infrarosso e del telecomando a raggi infrarossi

Il sensore infrarosso è un sensore che sfrutta la luce infrarossa, una luce con frequenza inferiore a quella della luce visibile.
Viene detta “infrarossa”, ovvero “sotto il rosso”, perché il rosso è il colore visibile con la frequenza più bassa.
Il telecomando a raggi infrarossi è un dispositivo separato che sfrutta lo stesso tipo di segnale del sensore infrarosso.

Il sensore infrarosso può essere impostato in tre modalità:
  • Prossimità
  • Beacon
  • Telecomando

In modalità Prossimità (fig. 1), il sensore utilizza la potenza del segnale ad infrarossi per stimare la prossimità (distanza) da un oggetto: questo segnale viene emesso dal sensore infrarosso e viene riflesso se viene posto qualcosa davanti al sensore.
Il sensore fornisce un valore numerico, non corrispondente direttamente a una distanza specifica, ma inteso come valore percentuale su una scala da 0 (molto vicino) a 100 (molto lontano).
A seconda delle dimensioni, della forma, del colore e del materiale dell’oggetto, il sensore è in grado di rilevarne la presenza a una distanza massima di 70 centimetri.
In modalità Beacon (fig. 2), il sensore utilizza la potenza del segnale ad infrarossi per identificare e per stimare la posizione (prossimità e direzione) del telecomando: questo segnale viene emesso continuamente dal telecomando a raggi infrarossi, una volta acceso tramite il pulsante posto nella parte superiore e scelto uno dei quattro canali con il selettore a slitta rosso posto nella parte inferiore, e viene rilevato dal sensore infrarosso fino a una distanza di circa 200 centimetri nella direzione verso cui è rivolto.

Per quanto riguarda l'identificazione del telecomando, il sensore è in grado di fornire un valore logico (vero o falso) a seconda che rilevi o meno un segnale ad infrarossi sul canale specificato.

Per quanto riguarda la prossimità del telecomando (distanza relativa dal sensore), il sensore è in grado di fornire un valore numerico, non corrispondente direttamente a una distanza specifica, ma inteso come valore percentuale su una scala da 0 (molto vicino) a 100 (molto lontano).
Se il sensore restituisce un valore pari a 100 significa che non è stato rilevato alcun telecomando.

Per quanto riguarda la direzione del telecomando (angolo dalla direzione in cui sta puntando il sensore), il sensore è in grado di fornire un valore numerico, non corrispondente direttamente a un angolo specifico, ma inteso come valore percentuale da -25 (verso sinistra) a 25 (verso destra).
Se il sensore restituisce un valore pari a 0 significa che il telecomando si trova direttamente davanti al sensore infrarosso.
In modalità Telecomando (fig. 3), il sensore può rilevare quale pulsante, o combinazione di pulsanti, viene premuta sul telecomando.
In particolare, il sensore è in grado di fornire un valore numerico, che va da 0 a 11, a seconda di ciò che viene premuto:
  • 0 = Nessun pulsante (Modalità Beacon disattivata)
  • 1 = Pulsante 1
  • 2 = Pulsante 2
  • 3 = Pulsante 3
  • 4 = Pulsante 4
  • 5 = Pulsante 1 e pulsante 3
  • 6 = Pulsante 1 e pulsante 4
  • 7 = Pulsante 2 e pulsante 3
  • 8 = Pulsante 2 e pulsante 4
  • 9 = Modalità Beacon attivata
  • 10 = Pulsante 1 e pulsante 2
  • 11 = Pulsante 3 e pulsante 4
Il pulsante della modalità Beacon (ID pulsante = 9) funziona in modo diverso rispetto agli altri quattro pulsanti: quando si preme il pulsante della modalità Beacon, il telecomando inizia a trasmettere continuamente finché non si preme di nuovo il pulsante per spegnerlo.
Gli altri quattro pulsanti trasmettono solo quando vengono premuti e smettono di trasmettere quando vengono rilasciati.

Installazione del sensore infrarosso

L’installazione è immediata e semplice: per poter funzionare basta connetterlo, attraverso i cavi neri di connessione, al mattoncino EV3 utilizzando le porte di ingresso 1, 2, 3 e 4 (fig. 4).
Se crei un programma mentre il mattoncino EV3 è disconnesso dal pc, il software assegna il sensore infrarosso alla porta predefinita 4.
Se connetti il mattoncino EV3 al pc durante la programmazione, il software identifica automaticamente in quale porta è collegato il sensore infrarosso.
Per verificare che l’installazione sia andata a buon fine è possibile visualizzare in diretta il valore che sta leggendo il sensore.

Esistono due modi per svolgere questa operazione:
  • Visualizzazione nel mattoncino EV3
  • Visualizzazione nel software Lego® Mindstorms® EV3 Education

Nel primo caso, utilizza l'interfaccia del mattoncino EV3 e le sue quattro schermate di base (fig. 5), che consentono di accedere a diverse funzioni esclusive.
Utilizzando la funzione Port View (fig. 6), che trovi nella schermata Applicazioni, è possibile visualizzare un riepilogo delle porte a cui sono collegati i sensori.
Con i pulsanti direzionali del mattoncino puoi accedere alla porta occupata dal sensore infrarosso e consultare le letture correnti restituite dal sensore.
Con il pulsante centrale puoi controllare e modificare le impostazioni correnti relativo al sensore collegato.

Nel secondo caso, utilizza la pagina hardware del software Lego® Mindstorms® EV3 Education, situata nell’angolo inferiore destro dell’ambiente di programmazione.
All’interno della pagina hardware, scegli la scheda Visualizzazione Porte (fig. 7) per visualizzare le informazioni sui sensori connessi al mattoncino EV3.
Quando connetti il mattoncino EV3 al computer, queste informazioni vengono identificate automaticamente per permetterti di visualizzare i valori letti dal sensore in tempo reale.
Cliccando sopra l’icona del sensore collegato puoi controllare e modificare le relative impostazioni correnti.

Programmazione del sensore infrarosso

Il sensore infrarosso può essere impiegato in diverse modalità e con diversi blocchi di programmazione.
Di seguito sono riportati solo alcuni esempi di come utilizzarlo nel software Lego® Mindstorms® EV3 Education.

  • Esempio 1: Arrestarsi in prossimità di un muro o di un oggetto
Questo programma (fig. 8), se il sensore infrarosso è rivolto in avanti, fa spostare il robot in avanti finché il sensore infrarosso non rileva di essere in prossimità di un muro o di un oggetto.
Il programma utilizza il blocco Attesa in modalità Sensore infrarosso - Confronto - Prossimità per attendere che la prossimità rilevata diventi inferiore a 35.
  • Esempio 2: Pronunciare la parola “rilevato” quando il telecomando a raggi infrarossi si trova direttamente davanti al sensore
Questo programma (fig. 9) fa pronunciare la parola “rilevato” al robot ogni volta che il sensore infrarosso rileva che il telecomando a raggi infrarossi è acceso ed è posto direttamente davanti al sensore, ovvero ogni volta che restituisce un valore di direzione pari a 0.
Il programma utilizza un blocco Selettore in modalità Sensore infrarosso - Confronto – Direzione beacon per testare se la direzione rilevata è pari a 0.
In caso affermativo, il selettore fa pronunciare la parola “rilevato” al robot.
Il selettore viene ripetuto in un ciclo in modo che il test venga ripetuto continuamente.
Utilizzando la modalità Beacon, il sensore infrarosso rileva il telecomando a raggi infrarossi solo se il telecomando è acceso ed è impostato sul canale specificato nel programma: il robot quindi pronuncerà la parola “rilevato” solo se il telecomando è acceso ed è impostato sul canale 1.
  • Esempio 3: Spostarsi in base al pulsante premuto sul telecomando
Questo programma (fig. 10) fa spostare il robot in base a quale pulsante, o combinazione di pulsanti, viene premuta sul telecomando a raggi infrarossi e viene rilevata dal sensore infrarosso.
Il programma utilizza un blocco Selettore in modalità Sensore infrarosso - Misura - Telecomando per scegliere tra 4 diversi tipi di spostamento a seconda di quale pulsante o di quali pulsanti vengono premuti e rilevati.
Il robot gira a sinistra o a destra se vengono premuti i pulsanti di direzione in alto a sinistra (ID pulsante = 1) o in alto a destra (ID pulsante = 3), avanza in linea retta se vengono premuti entrambi i pulsanti contemporaneamente (ID pulsante = 5).
Viene aggiunto e impostato come predefinito un caso " ID pulsante = 0" in modo che il robot arresti i motori se non viene premuto alcun pulsante.
Il selettore viene ripetuto in un ciclo in modo che il test venga ripetuto continuamente.
Utilizzando la modalità Telecomando, il sensore infrarosso rileva i pulsanti premuti sul telecomando a raggi infrarossi solo se il telecomando è acceso ed è impostato sul canale specificato nel programma: il robot quindi si sposterà solo se il telecomando è acceso ed è impostato sul canale 1.

Possibili difficoltà

Il sensore infrarosso basa il suo funzionamento sui segnali di luce ad infrarossi. La luce del sole può influenzare questo tipo di segnali, anche se la normale illuminazione di un ambiente non dovrebbe produrre interferenze.

Il sensore infrarosso non può rilevare oggetti molto vicini (a meno di 1 centimetro).

Il telecomando a raggi infrarossi dispone di un selettore del canale che consente di scegliere uno dei quattro diversi canali per i segnali. Se due robot vengono controllati da due telecomandi diversi, dovrebbero utilizzare canali diversi, altrimenti un telecomando controllerà tutti i robot impostati sul proprio canale.

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