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TUTORIAL - SENSORE AD ULTRASUONI LEGO MINDSTORMS EV3

In che modo un robot può evitare gli ostacoli, tenere traccia di un obiettivo in movimento, rilevare la presenza di un intruso in una stanza o segnalare l’avvicinamento di un oggetto al sensore con un suono a volume o frequenza crescente?

Il kit “Lego® Mindstorms®...

  by Luca Balestra

Lego® Mindstorms® EV3

Introduzione

In questo tutorial vedremo l’utilizzo del sensore ad ultrasuoni, contenuto nel kit Lego® Mindstorms® EV3 Education.

Nello specifico, tratteremo:

  • Caratteristiche del sensore ad ultrasuoni
  • Installazione del sensore ad ultrasuoni
  • Programmazione del sensore ad ultrasuoni

Tecnologia:

Caratteristiche del sensore ad ultrasuoni

Il sensore ad ultrasuoni è un sensore che sfrutta le onde sonore ad alta frequenza, talmente alta da non essere percepita dall’orecchio umano.

Si tratta infatti di “ultrasuoni”.

Il sensore ad ultrasuoni può essere impostato in due modalità:

  • Misura
  • Presenza

Una luce fissa attorno agli “occhi” del sensore indica che il sensore è in modalità Misura.

Una luce lampeggiante segnala la modalità Presenza.

In modalità Misura (fig. 1), il sensore è in grado di fornire un valore numerico della distanza da un oggetto che si trova davanti ad esso, inviando onde sonore e calcolando quanto tempo impiega il suono a riflettersi e tornare al sensore.

La distanza da un oggetto può essere misurata in pollici o in centimetri.

Se come unità utilizzi i centimetri, la distanza rilevabile è compresa fra 3 e 250 centimetri (con una precisione pari a +/- 1 centimetro).

Se come unità utilizzi i pollici, la distanza rilevabile è compresa fra 1 e 99 pollici (con una precisione pari a +/- 0,394 pollici).

Se il sensore restituisce un valore di 255 centimetri o 100 pollici significa che non è stato rilevato alcun oggetto.

In modalità Presenza, il sensore è in grado di fornire un valore logico (vero o falso) a seconda che rilevi o meno un altro sensore ad ultrasuoni attivo nelle vicinanze.

Quando è in ascolto per individuare un'eventuale presenza, il sensore rileva i segnali sonori, ma non li invia.

Installazione del sensore ad ultrasuoni

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. 2).

Se crei un programma mentre il mattoncino EV3 è disconnesso dal pc, il software assegna il sensore ad ultrasuoni 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 ad ultrasuoni.

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. 3), che consentono di accedere a diverse funzioni esclusive.

Utilizzando la funzione Port View (fig. 4), 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 ad ultrasuoni 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. 5) 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 ad ultrasuoni

Il sensore ad ultrasuoni 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 ad una certa distanza prima di un muro

Questo programma (fig. 6), se il sensore ad ultrasuoni è rivolto in avanti, fa spostare il robot in avanti finché il sensore ad ultrasuoni non rileva un oggetto a meno di 25 centimetri, quindi fa arrestare il robot.

Il programma utilizza il blocco Attesa in modalità Sensore ad ultrasuoni - Confronto - Distanza in centimetri per attendere che la distanza rilevata diventi inferiore a 25 centimetri.

  • Esempio 2: Visualizzare uno sguardo minaccioso quando un oggetto si avvicina troppo

Questo programma (fig. 7) fa visualizzare uno sguardo minaccioso al robot ogni volta che il sensore ad ultrasuoni rileva un oggetto distante meno di 50 centimetri.

Il programma utilizza un blocco Selettore in modalità Sensore ad ultrasuoni - Confronto - Distanza in centimetri per testare se la distanza rilevata è inferiore a 50 centimetri.

In caso affermativo, il selettore fa visualizzare sullo schermo del mattoncino EV3 uno sguardo minaccioso.

Il selettore viene ripetuto in un ciclo in modo che il test venga ripetuto continuamente.

 

  • Esempio 3: Emettere un suono a volume crescente quanto più un oggetto è vicino

Questo programma (fig. 8) fa emettere al robot un suono a volume crescente a seconda della distanza dell’oggetto rilevato: più l’oggetto si avvicina, più sarà alto il volume del suono emesso.

Se il robot non rileva nessun oggetto, non emetterà alcun suono.

Il programma utilizza il blocco Sensore ad ultrasuoni in modalità Misura - Distanza in centimetri per ottenere una misurazione della distanza e avere il numero risultante su un filo dati.

Un blocco Funzioni matematiche quindi sottrae la distanza da 255 e il risultato viene inviato tramite filo all'input Volume di un blocco Suono - Riproduci tono.

Le distanze più alte corrispondono a un volume più basso e, quando la distanza raggiunge i 255 cm, il volume diventa pari a 0 e il robot non emette alcun suono.

Il processo viene ripetuto in un ciclo, in modo che il volume del suono venga regolato continuamente in base alle nuove misurazioni della distanza.

  • Esempio 4: Salvare i valori rilevati dal sensore ad ultrasuoni in un file di testo.

Questo programma (fig. 9), finché resta in esecuzione, permette di salvare i valori rilevati dal sensore ad ultrasuoni in un file di testo, con un tempo di scrittura su file impostabile grazie al blocco Attesa (in fig. 9 è impostato a 0,5 secondi).

Il programma utilizza il blocco Sensore ad ultrasuoni in modalità Misura - Distanza in centimetri per ottenere una misurazione della distanza e avere il numero risultante su un filo dati.

Il valore della distanza rilevata viene quindi inviata tramite filo all’input Testo di un blocco Accesso ai file, impostandolo in modalità Scrittura ed inserendo un nome al file (in fig.10 il nome scelto è “MISURA”).

Il processo viene ripetuto in un ciclo all’infinito, in modo che il tempo di misurazione sia a completa discrezione dell’utente.

Per analizzare i dati, arresta il programma, e utilizza la pagina hardware del software Lego® Mindstorms® EV3 Education, situata nell’angolo inferiore destro dell’ambiente di programmazione, per avere accesso al file con le misurazioni.

All’interno della pagina hardware, scegli la scheda Informazioni sul mattoncino (fig. 10) per visualizzare informazioni importanti relative al mattoncino attualmente connesso.

Cliccando sopra l’icona della chiave inglese puoi accedere al Browser memoria (fig.11), che fornisce una panoramica sull’utilizzo della memoria nel mattoncino EV3.

Con questo strumento puoi trasferire il file con le misurazioni (*.rtf) dal mattoncino EV3 al computer, e analizzare i dati raccolti con un software a tua scelta (ad esempio Microsoft Excel).

Possibili difficoltà

Il sensore ad ultrasuoni basa il suo funzionamento sul riflesso delle onde sonore. Per questo motivo funziona in modo ottimale per rilevare oggetti con superfici dure, mentre potrebbe non rilevare oggetti morbidi, oggetti con superfici arrotondate, oggetti con angoli o oggetti di dimensioni particolarmente ridotte.

Il sensore ad ultrasuoni non può rilevare oggetti molto vicini (a meno di 3 centimetri o di 1,5 pollici circa).

Il sensore ad ultrasuoni dispone di un ampio "campo visivo". È in grado quindi di rilevare un oggetto più vicino posto lateralmente piuttosto che un oggetto più lontano posto direttamente davanti

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Riferimenti e links

Guida in linea - LEGO® MINDSTORMS® EV3



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