..實驗報告2――光電傳感器測距功能測試實驗?zāi)康模毫私夤怆妭鞲衅鳒y距的特性曲線；掌握LEGO根本模型的搭建；熟練掌握ROBOLAB軟件；實驗要求：能夠用LEGO積木搭建小車模式，并在車頭安置光電傳感器。能在光電傳感器緊貼紅板，以垂直紅板的方向作勻速直線倒車運(yùn)動過程中進(jìn)展光強(qiáng)值采集，繪制出時間－光強(qiáng)曲線，然后推導(dǎo)出位移－光強(qiáng)曲線及方程。程序設(shè)計：編寫程序流程圖并寫出程序，如下所示：開場開場設(shè)置采樣函數(shù)電機(jī)轉(zhuǎn)動采樣24次〔0.05S/次〕90〔〕完畢電機(jī)停機(jī)音樂響ROBOLAB程序設(shè)計：實驗步驟：搭建小車模型，參考附錄步驟或自行設(shè)計〔創(chuàng)新可加分〕。用ROBOLAB編寫上述程序。將小車與電腦用USB數(shù)據(jù)線連接，并翻開NXT的電源。點擊ROBOLAB的RUN按鈕，傳送程序。取一紅顏色的紙板〔或其他紅板〕豎直擺放，并在桌面平面與紙板垂直方向放置直尺，用于記錄小車行走的位移。將小車的光電傳感器緊貼紅板放置，用電腦或NXT的紅色按鈕啟動小車，進(jìn)展光強(qiáng)信號的采樣。從直尺上讀取小車的位移。待小車發(fā)出音樂后，點擊ROBOLAB的數(shù)據(jù)采集按鈕，進(jìn)展數(shù)據(jù)采集，將數(shù)據(jù)放入紅色容器。共進(jìn)展四次數(shù)據(jù)采集。點擊ROBOLAB的計算按鈕，分別對四次采集的數(shù)據(jù)進(jìn)展同時顯示、平均線及擬和線處理。利用數(shù)據(jù)處理結(jié)果及圖表，得出時間同光強(qiáng)的對應(yīng)關(guān)系。再利用小車位移同時間的關(guān)系〔近似為勻速直線運(yùn)動〕，推導(dǎo)出小車位移同光強(qiáng)的關(guān)系表達(dá)式。調(diào)試與分析采樣次數(shù)設(shè)為24，采樣間隔為0.05s，共運(yùn)行1.2s。采得數(shù)據(jù)如下所示。在ROBOLAB的數(shù)據(jù)計算工具中得到平均后的光電傳感器特性曲線，如下圖：對上述平均值曲線進(jìn)展線性擬合，得到的光強(qiáng)與時間的線性擬合函數(shù)：取四次實驗小車位移的平均值，根據(jù)時間與光強(qiáng)的擬合函數(shù)求取距離與光強(qiáng)的擬合函數(shù)：由上圖可得光強(qiáng)與時間的關(guān)系為：y=-25.261858×t+56.524457;量取位移為4.5cm，用時1.2s，得：x=3.75×t;光強(qiáng)與位移的關(guān)系為：y=-6.73649547×x+56.524457;通過觀測上圖及導(dǎo)出的光強(qiáng)位移函數(shù)可知，光電傳感器在短距離里對位移信號有著良好的線性關(guān)系，可以利用光強(qiáng)值進(jìn)展位移控制。但我們也可以發(fā)現(xiàn)，其線性區(qū)域十分狹窄，從圖中可看出，主要集中在0.1s到0.8s之間。故只能用于短距離測控?？记绊氈汗怆妭鞲衅鲗Νh(huán)境光較為敏感，故應(yīng)采用一定的遮光措施，使環(huán)境盡量的暗，增大光強(qiáng)變化圍，提高定位準(zhǔn)確度。另外，采用光電傳感器的自身光源，最大限度的減少環(huán)境光對實驗的不利影響。小車在行進(jìn)之中，并不能保證軌跡完全與紅板垂直，可以采取固定后輪的方式，強(qiáng)制小車直線運(yùn)動。由于光電傳感器的自身光源為紅色光，故采用紅板反射效果最好。在同等條件下，白板的反射光強(qiáng)曲線較陡。由于線性區(qū)域很窄，故只用低速檔并可以考慮采用齒輪減速機(jī)構(gòu)，使速度盡量的慢，得到較為理想的曲線。實驗總結(jié)：通過這次實驗，我們看到光電傳感器的另一種功能，在短距離的測距功能。但我們也看到，這種工作方式容易受環(huán)境的影響，產(chǎn)生較大的誤差。另外，它也只適合于短距離的測量，這是由于其與位移的線性關(guān)系決定的。最后，這次實驗也為下次實驗提供了理論支撐和相關(guān)數(shù)據(jù)確實定。注：小車的搭建過程詳細(xì)請見9797套裝手冊附圖：小車模型實驗示意圖齒輪減速機(jī)構(gòu)〔右圖為拆去輪子后〕后輪固定機(jī)構(gòu)實驗報告3－—光電傳感器位移傳感應(yīng)用實驗?zāi)康模赫莆绽霉飧械木植烤€性特征進(jìn)展測距的方法實驗要求：小車由出發(fā)點向障礙物方向勻速行進(jìn)，距離3CM、2CM、1CM時各停頓5秒鐘并以不同音調(diào)提示到達(dá)指定位置?；爻桃嗳徊⑼ｎD在3CM位置。測量小車到達(dá)各目標(biāo)位置的實際位置。重復(fù)實驗三次并記錄相關(guān)數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計：編寫程序流程圖并寫出程序，如下所示：開場開場延時1s電機(jī)正轉(zhuǎn)光強(qiáng)值是否上升到指定值？完畢電機(jī)停機(jī)5s，響音樂NY光強(qiáng)值是否上升到指定值？NY電機(jī)停機(jī)5s，響音樂光強(qiáng)值是否上升到指定值？YN電機(jī)停機(jī)5s，響音樂電機(jī)正轉(zhuǎn)光強(qiáng)值是否下降到指定值？電機(jī)停機(jī)5s，響音樂NY光強(qiáng)值是否下降到指定值？YN電機(jī)停機(jī)，響音樂ROBOLAB程序設(shè)計：實驗步驟：搭建小車模型，參考附錄步驟或自行設(shè)計(創(chuàng)新可加分)。用ROBOLAB編寫上述程序(控制閾值需要修改)。將小車與電腦用USB數(shù)據(jù)線連接，并翻開NXT的電源。點擊ROBOLAB的RUN按鈕，下載程序。取一紅顏色的紙板〔或其他紅板〕豎直擺放，并在桌面平面與紙板垂直方向放置直尺，用于記錄小車與紅板之間的距離。將小車的正對紅板放置，與紅板距離約為4cm。用電腦或NXT的紅色按鈕啟動小車。每逢小車停頓，從直尺上讀取小車的位移。重復(fù)三次。將記錄的數(shù)據(jù)記錄在自制的表格中?！部梢杂棉k公軟件繪制表格和圖形〕調(diào)試與分析利用上次實驗推導(dǎo)出光強(qiáng)與位移的方程：y=-6.73649547×x+56.524457得出：x=1cm時,y=49.8611≈50;x=2cm時,y=43.16889≈43;x=3cm時,y=36.46665≈36;利用上述數(shù)據(jù)進(jìn)展程序設(shè)置，雖然小車能夠按要求在不同的距離停頓，但與我們所設(shè)的位置有較大誤差，特別是回程的時候。這是由于擬和的函數(shù)本身就存在誤差，再加上環(huán)境的影響，故實現(xiàn)起來有較大的誤差。記錄的實驗數(shù)據(jù)：預(yù)定停機(jī)位置3cm2cm1cm2cm3cm各位置控制閾值36%43％50％43％36％實際停機(jī)位置〔第一次〕2.0cm1.2cm0.5cm1.5cm2.6cm實際停機(jī)位置〔第二次〕2.0cm1.1cm0.3cm1.6cm2.5cm實際停機(jī)位置〔第三次〕1.8cm1.0cm0.4cm1.5cm2.4cm實際停機(jī)位置〔平均〕1.9cm1.1cm0.4cm1.5cm2.5cm誤差1.1cm0.9cm0.6cm0.5cm0.5cm為更好的進(jìn)展程序調(diào)試，故改良程序如下，參加光電感應(yīng)器的數(shù)據(jù)采集：運(yùn)行程序，得到下列圖：觀測上圖，可以發(fā)現(xiàn)小車并未在我們設(shè)定的控制閾值處停頓。在向前運(yùn)動中，停頓位置的實際光強(qiáng)值比預(yù)設(shè)的大。而在回程中，停頓位置的光強(qiáng)值比我們預(yù)設(shè)的小，故可以推測由于小車的慣性及電機(jī)自身的因素，產(chǎn)生了控制誤差。另外，我們可以從圖表中讀出停頓位置的實際光強(qiáng)值，故可以根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)整控制閾值，到達(dá)較好的控制效果。根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整控制閾值后的記錄表格：預(yù)定停機(jī)位置3cm2cm1cm2cm3cm修改前各位置控制閾值36％43％50％43％36％修改后各位置控制閾值33％37％44％42％35％實際停機(jī)位置〔第一次〕2.9cm2.2cm1.1cm2.1cm3.0cm實際停機(jī)位置〔第二次〕2.8cm2.1cm1.0cm2.0cm3.1cm實際停機(jī)位置〔第三次〕3.0cm2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm實際停機(jī)位置〔平均〕2.9cm2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm誤差0.1cm-0.1cm-0.1cm-0.1cm0cm調(diào)整控制閾值后采集的數(shù)據(jù)：根據(jù)上圖可以發(fā)現(xiàn)，小車實際停頓位置的光強(qiáng)值為34，39，47。將這些數(shù)據(jù)代入上次實驗得出的方程，發(fā)現(xiàn)處在這些光強(qiáng)之下的位移都比預(yù)計值大，說明上一個實驗得出的方程存在誤差，把一開場的加速運(yùn)動簡化為勻速直線運(yùn)動處理所產(chǎn)生的?？记绊氈汗怆妭鞲衅鲗Νh(huán)境光較為敏感，故應(yīng)采用一定的遮光措施，使環(huán)境盡量的暗，增大光強(qiáng)變化圍，提高定位準(zhǔn)確度。另外，本實驗采用光電傳感器的自身光源，最大限度的減少環(huán)境光對實驗的不利影響。小車在行進(jìn)之中，并不能保證軌跡完全與紅板垂直，可以采取固定后輪的方式，強(qiáng)制小車直線運(yùn)動。由于光電傳感器的自身光源為紅色光，故采用紅板反射效果最好。在同等條件下，白板的反射光強(qiáng)曲線較陡。由于控制的位移很小，故盡量采用低速檔及齒輪減速機(jī)構(gòu)，使速度盡量的慢。另外一開場擺放的距離也不宜太大，盡量減小慣性，才能得到較為準(zhǔn)確的控制。讀取直尺數(shù)值時盡量保持以垂直桌面的角度，減小誤差。實驗總結(jié)：通過這次實驗，我們看到利用光電傳感器，可以實現(xiàn)短距離的較為準(zhǔn)確的位移控制。但由于受環(huán)境光，以及小車的慣性等因素的影響，利用上次實驗擬和的位移－光強(qiáng)曲線函數(shù)雖然實現(xiàn)不同距離停頓的功能，但與預(yù)定值有著較大的誤差。