Робототехника: практическое введение для детей и взрослых

Александр Вячеславович Фролов, 2020

Эта книга поможет вам быстро освоить основы робототехники и приступить к конструированию собственных роботов, разных систем с микроконтроллерами и даже элементов умного дома. Вам не потребуются знания языков программирования и паяльник. Изучайте микроконтроллеры и робототехнику по нашей книге, и вы сможете быстро освоить современные профессии. Вы научитесь программировать micro:bit версий 1.5 и 2, работать с кнопками, светодиодами, светодиодным и OLED-экраном, измерять температуру, ускорение, напряженность магнитного поля. Используя интерфейс GPIO, вы подключите такие устройства, как моторы, сервоприводы, кнопки, датчики движения, расстояния и многие другие. Данные, полученные от контроллеров, вы сможете передавать на другие контроллеры с помощью радиоканала Bluetooth, а также контроллеров LoRa, способных обеспечить радиосвязь на расстояния, исчисляемые километрами. Мы расскажем о том, как организовать электропитание робота или других конструкций.

6. Встроенный магнитометр

В детстве вы наверняка играли с магнитами и знаете, что они могут притягиваться и отталкиваться друг от друга. Магниты притягиваются к железу, но игнорируют алюминий, дерево и другие материалы, которые называются немагнитными.

У магнита есть северный и южный полюса. Если взять два магнита, то они будут притягиваться друг к другу разными полюсами и отталкиваться, если вы попытаетесь прижать их друг другу одинаковыми полюсами.

Наша планета Земля тоже представляет собой огромный магнит! И у нее тоже есть северный и южный магнитные полюса, которые, кстати, не совсем совпадают с географическими полюсами.

Для того чтобы ориентироваться на местности, до появления спутниковых систем позиционирования, таких как GPS и ГЛОНАСС, путешественникам приходилось пользоваться магнитным компасом и бумажной картой.

Стрелка компаса представляет собой магнит в виде стрелки. Один конец стрелки покрашен синей краской и всегда показывает на сервер, а другой — красной краской и смотрит на юг. С помощью компаса можно сориентировать карту таким образом, чтобы ее верхний край был направлен в сторону сервера. После этого, привязавшись к местности, можно будет понять, в какую сторону следует идти, чтобы не заблудиться.

Отправляя ровер на другую планету, вам будет полезно уметь ориентироваться на местности. Кроме того, измеряя магнитное поле, можно найти залежи полезных ископаемых, а может быть какие-нибудь инопланетные машины, спрятанные под землей.

Обычный компас и карта не помогут нам в этом, но на плате микроконтроллера micro:bit имеется встроенный магнитометр. Он способен измерять напряженность магнитного поля по трем осям.

На базе этого магнитометра вы можете сделать компас, или прибор для исследования магнитных полей, создаваемых, например, постоянными магнитами или соленоидами, для обнаружения металла или скрытой проводки.

Микросхема магнитометра находится в том же месте, что и акселерометр (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Расположение магнитометра на плате micro:bit

Магнитометр micro:bit способен измерять интенсивность магнитного поля по трем пространственным осям (x, y, z). Он возвращает значения в микротеслах (мкТл).

Перед использованием необходимо выполнить калибровку магнитометра. К сожалению, эта процедура довольно длительная — вам нужно поворачивать и опрокидывать плату микроконтроллера до тех пор, пока на мониторе не будут гореть все светодиоды. Хотя калибровку можно запустить явным образом, она будет запущена автоматически в любом случае, если вы добавите в программу блоки магнитометра.

Обнаружение магнита

Давайте начнем изучение магнитометра с изготовления прибора для поиска магнитов и залежей железа. На рис. 6.2. показана программа, которая пригодится нам для такого прибора.

Рис. 6.2. Программа обнаружения магнитов

Код программы вы можете загрузить из файла BoxRover/ch06/ microbit-Детектор-магнитного-поля.hex (файл находится в архиве на сайте автора книги http://frolov-lib.ru/books/boxrover/).

Эта программа записывает в созданную нами переменную сила_магнитного_поля значение интенсивности магнитного поля, полученное от блока сила магнитного поля в (мкТл) с параметром сила. Этот блок вы найдете в палитре Ввод еще.

Блок сила магнитного поля в (мкТл) в зависимости от выбранного параметра может возвращать значение силы магнитного поля по осям (x, y, z), или интенсивность магнитного поля, если задан параметр сила.

В бесконечном цикле наша программа показывает на экране micro:bit численное значение интенсивности магнитного поля в микротеслах. Если интенсивность превышает 100 мкТл, то на экране отображается значок галочки, если она меньше этого значения — экран стирается при помощи блока очистить экран.

Сразу после запуска программы на мониторе micro:bit в режиме бегущей строки появится надпись TILT TO FILL SCREEN, что можно перевести как «наклоняйте, чтобы заполнить экран», а затем — мигающая точка в центре экрана. Это означает, что нужно выполнить калибровку магнитометра.

Наберитесь терпения, поворачивайте и опрокидывайте плату микроконтроллера до тех пор, пока не загорятся все светодиоды на его экране. Если в процессе калибровки снова появится упомянутая выше надпись, дождитесь когда она будет полностью показана, а затем продолжите повороты и опрокидывания платы micro:bit.

Постарайтесь по возможность проводить калибровку вдали от магнитов и массивных металлических предметов, чтобы избежать их влияния на этот процесс.

Как только калибровка будет завершена, на экране micro:bit появится текущее значение интенсивности магнитного поля. Оказалось, что у автора этой книги на столе это значение равно примерно 42-44 мкТл.

Теперь возьмите любой магнит и медленно подносите его к плате micro:bit. Вы будете фиксировать увеличение значения интенсивности магнитного поля, измеренного магнитометром.

Если поднести магнит достаточно близко к микроконтроллеру, так что интенсивность магнитного поля превысит 100 мкТл, то на экране вслед за цифровым значением будет показан символ галочки.

Когда вы уберете магнит подальше, ваш micro:bit будет фиксировать обычное значение магнитного поля, типичное для вашей обстановки.

Проверьте, как влияют на показания вашего прибора магнитики с холодильника и другие магниты, которые вы найдете у себя дома.

Если поднести к плате micro:bit очень сильный неодимовый магнит, то прибор «намагнитится» и какое-то время будет показывать завышенное значение магнитного поля даже после того, как вы уберете магнит. Поэтому лучше не экспериментировать со слишком сильными магнитами.

Вы можете попробовать подносить к магнетометру различные металлические предметы, провода и катушки провода, по которым идет ток. Следите за тем, как это влияет на показания вашего магнитометра.

Делаем из micro:bit компас

При помощи магнитометра, встроенного в micro:bit, можно сделать программный компас. В палитре Ввод есть блок компасный курс, который возвращает значение от 0 до 359 градусов. Значение 0 соответствует направлению на север, значение 180 — направлению на юг.

Простейшая программа компаса показана на рис. 6.3 (файл microbit-Компас.hex).

Конец ознакомительного фрагмента.