Сенсорные устройства

Сенсоры
В робототехнике используется огромное разнообразие сенсорных устройств. Датчики основаны на различных принципах физических законах и протоколах.
В роботостроении можно различать:
- локальные или бортовые датчики (встраиваемые в роботе)
- глобальные датчики (расположенные вне робота)

В области проектирования систем управления:
- внутренние или проприоцептивные датчики (отслеживающие внутреннее состояние робота)
- внешние датчики (наблюдающие за окружением робота)

Рабочее состояние датчика:
- пассивные (наблюдающие за окружающим пространством робота, не воздействующие на него)
- активные (воздействующие на пространство с целью измерения, например ИК-датчик)
Выходные данные сенсора:
- двоичный сигнал (0 или 1)
- аналогичный сигнал (например, 0-5 B)
- синхросигнал (например, ШИМ)
- последовательный канал (RS232 или USB)
- параллельный канал

Двоичные датчики

Простейшими сенсорными датчиками являются бинарные датчики. Они возвращают единственный бит информации: либо 0, либо 1. Примером бинарного датчика является кнопка? nfrnbkmysq ctycjh.

Аналоговые датчики

Аналоговый датчик, как правило, состоит из нескольких частей. Самая главная часть это чувствительный элемент – сенсор. Его назначение перевести измеряемую величину в электрический сигнал. Но сигнал, получаемый от сенсора, как правило, невелик. Для получения сигнала, пригодного для усиления, сенсор чаще всего включается в мостовую схему – мостик Уитстона.
Изначальное назначение мостовой схемы - точное измерение сопротивления. К диагонали моста AD подключается источник постоянного тока. В другую диагональ подключен чувствительный гальванометр со средней точкой, с нулем в середине шкалы. Для измерения сопротивления резистора Rx вращением подстроечного резистора R2 следует добиться равновесия моста, установить стрелку гальванометра на нулевое значение.

Отклонение стрелки прибора в ту или иную сторону позволяет определить направление вращения резистора R2. Величина измеряемого сопротивления определяется по шкале, совмещенной с ручкой резистора R2. Условием равновесия моста является равенство соотношений R1/R2 и Rx/R3. В этом случае между точками BC получается нулевая разность потенциалов, и ток через гальванометр V не протекает.

Сопротивление резисторов R1 и R3 подобрано очень точно, их разброс должен быть минимален. Только в этом случае даже небольшой разбаланс моста вызывает достаточно заметное изменение напряжения диагонали BC. Именно это свойство моста используется для подключения чувствительных элементов (сенсоров) различных аналоговых датчиков. Ну, а дальше все просто, дело техники.

Для использования сигнала, полученного с сенсора, требуется его дальнейшая обработка, - усиление и преобразование в выходной сигнал, пригодный для передачи и обработки схемой управления - контроллером. Чаще всего выходным сигналом аналоговых датчиков является ток (аналоговая токовая петля), реже напряжение.

Цифровые датчики

Некоторые датчики генерируют аналоговые, а не цифровые, выходные сигналы. Для преобразования сигнала в цифровой используются аналого-цифровые преобразователи. Примерами таких датчиков являются:
- микрофон
- датчик расстояния
- аналоговый датчик компас

Некоторые датчики выпускаются в двух версиях. При этом цифровая версия датчика - это та же аналоговая версия, но укомплектованная аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

Выходной сигнал цифровых датчиков может иметь различную форму. Выходным сигналом может быть параллельный интерфейс (8 или 16 каналов), последовательный интерфейс или "синхронно последовательный".