ربات تمیز کننده کف با آردوینو (جاروبرقی هوشمند)

در دنیای امروز همه ما مشغول کار هستیم و وقت کافی برای نظافت صحیح منزل نداریم. راه حل بسیار ساده است، فقط باید یک ربات جاروبرقی خانگی بخرید که خود به خود خانه شما را تمیز میکند. اما این ربات ها هزینه بالایی دارند و این میتواند یک نکته منفی باشد. ما امروز یک ربات جاروبرقی هوشمند مبتنی بر آردوینو طراحی میکنیم که به راحتی کف منزل شما را تمیز میکند و هزینه بسیار کمی دارند. ما قبلا یک ربات جاروبرقی آردوینو ساخته بودیم، اما آن ربات حجم و وزن بالایی داشت و زیاد مناسب نبود. رباتی که در این آموزش طراحی میکنیم دارای سنسور های التراسونیک و سنسور مجاورت مادون قرمز است. سنسور التراسونیک به ربات این ویژگی را میدهد که به مانع ها برخورد نکند و سنسور مجاورت به ربات کمک میکند پله ها را تشخیص دهد و سقوط نکند.

شماتیک مدار ربات تمیز کننده کف با آردوینو

ما سه سنسور اولتراسونیک داریم که موانع را تشخیص می دهند. این سه سنسور قسمت مهم پروژه ما هستند و ما آن ها را به آردوینو متصل میکنیم. ما همچنین VCC ماژول IR را به 5 ولت وصل می کنیم.  ما از باتری 7.4 ولت استفاده می کنیم ، برای تبدیل آن به 5 ولت ، از تنظیم کننده ولتاژ LM7805 استفاده می شود.

قطعات مورد نیاز

• آردوینو پرو مینی
• 3 * ماژول اولتراسونیک HC-SR04
• درایور موتور L293D
• 2 * موتور 5 ولت
• سوئیچ
• تنظیم کننده ولتاژ LM7805
• باتری لیتیوم یون 7.4 ولت
• ماژول مادون قرمز
• جارو برقی قابل حمل معمولی

جاروبرقی قابل حمل معمولی!

در قسمت مورد نیاز قطعات ، ما در مورد جاروبرقی قابل حمل صحبت کردیم. جاروبرقی قابل هم که تصویر آن را در زیر مشاهده میکنید یک جاروبرقی کوچک و کم مصرف هست که ما در ربات جاسازی میکنیم. این نوع جاروبرقی ها امکانات مناسبی دارند و به دلیل ارزان بودن میتوانند به راحتی کار ما را راه بیاندازند.

ماژول سنسور اولتراسونیک HC-SR04

برای تشخیص موانع ، ما از سنسور فاصله صنج اولتراسونیک HC-SR04 استفاده می کنیم. کار بسیار ساده است ، اول ، ماژول فرستنده یک موج اولتراسونیک ارسال می کند که از طریق هوا حرکت می کند ، به یک مانع برخورد می کند و به عقب برمی گردد و گیرنده آن موج را دریافت می کند. با محاسبه زمان با آردوینو ، می توانیم فاصله را تعیین کنیم. برای کسب اطلاعات بیشتر مقاله فاصله سنج آردوینو را بخوانید.

سنسور مجاورت مادون قرمز برای تشخیص پله

از سنسور مادون قرمز برای تشخیص وجود کف استفاده میشود. اگر ربات از پله ها بیافتد امکان خراب شدن آن وجود دارد. برای تشخیص پله ها ما از سنسور مجاورت مادون قرمز استفاده میکنیم.

ساخت مدار برای ربات تمیز کننده کف آردوینو

برای اینکه مدار محکم تر و شکیل تر باشد ما قطعات مورد نیاز را روی یک برد سوراخدار لحیم میکنیم.

ساخت محفظه برای ربات جاروبرقی هوشمند

ساخت محفظه کاملا سلیقه ای است و شما میتوانید برای ربات خود به هر شکل که میخواهید یک محفظه یا جعبه طراحی کنید. در محفظه خود باید جایی را برای سنسور التراسونیک و مجاورت در نظر بگیرید. تصاویر زیر به شما در ساخت این محفظه کمک میکند.

کد ربات تمیز کننده کف بر پایه آردوینو

کد کامل پروژه در انتهای صفحه در فایل دانلودی قرار داده شده است. در این کد ما از هیچ کتابخانه اضافه ای استفاده نمیکنیم. در اینجا قسمت های مهم کد را توضیح میدهیم.

در ابتدای کد متغیر هایی را برای پین های مورد نیاز مثل پین های Echo و Trig سنسور های التراسونیک تعریف میکنیم. توجه داشته باشید که 1 سنسور سمت چپ ، 2 سنسور جلو و 3 سنسور سمت راست است.

const int trigPin1 = 3;
const int echoPin1 = 5; 
const int trigPin2 = 6;
const int echoPin2 =9; 
const int trigPin3 = 10;
const int echoPin3 = 11;
int irpin =2;

سپس متغیرهایی را برای فاصله تعریف میکنیم که همه آنها متغیرهای نوع (int) هستند و برای مدت زمان از (long) استفاده کردیم. باز هم ، ما از هر کدام سه مورد داریم.

 long duration1;
 long duration2;
 long duration3;
int distanceleft;
int distancefront;
int distanceright;
int a=0;

در Setup باید همه پین ​​های ها را به عنوان ورودی یا خروجی با استفاده از تابع pinModes () تعریف کنیم. برای ارسال امواج مافوق صوت از ماژول ، ما باید پین Trig را فعال کنیم ، یعنی همه پین ​​های Trig باید به عنوان OUTPUT تعریف شوند. و برای دریافت Echo، باید وضعیت پین های Echo را بخوانیم بنابراین همه پین ​​های Echo باید به عنوان INPUT تعریف شوند. همچنین سریال مانیتور را برای عیب یابی فعال می کنیم. برای خواندن وضعیت ماژول مادون قرمز پین irpin را به عنوان ورودی تعریف کرده ایم.

pinMode(trigPin1, OUTPUT);
pinMode(trigPin2, OUTPUT);
pinMode(trigPin3, OUTPUT);
pinMode(echoPin1, INPUT); 
pinMode(echoPin2, INPUT);
pinMode(echoPin3, INPUT);
 pinMode(irpin, INPUT);

و این پین های دیجیتالی به عنوان OUTPUT برای ورودی درایور موتور تعریف شده اند.

pinMode(4, OUTPUT);
pinMode(7, OUTPUT);
pinMode(8, OUTPUT);
pinMode(12, OUTPUT);

در void loop ما سه بخش برای سه سنسور داریم. همه بخشها یکسان عمل می کنند اما هر کدام برای سنسورهای مختلف هستند. در این بخش ، فاصله مانع از هر سنسور را می خوانیم و آن را در متغیر int تعریف شده ذخیره می کنیم. برای خواندن فاصله ، ابتدا باید مطمئن شویم که پایه های Trig روشن هستند ، برای این کار ما باید پین Trig را به مدت 2 میکرو ثانیه روی LOW تنظیم کنیم. اکنون ، برای ایجاد موج اولتراسونیک ، ما باید پین Trig را به مدت 10 میکرو ثانیه به HIGH تبدیل کنیم. با این کار موج اولتراسونیک ارسال می شود و با استفاده از تابع ()pulseIn ، می توانیم زمان ارسال و دریافت را بخوانیم و این مقدار را در متغیر “duration” ذخیره کنیم. این تابع دارای 2 پارامتر است ، اولین مورد نام پین Echo است و برای پارامتر می توانید HIGH یا LOW بنویسید. HIGH به این معنی است که تابع pulseIn () شمارش را آغاز میکند و زمانی که پین HIGH شود شمارش را متوقف میکند و LOW یعنی تابع شمارش را آغاز میکند و زمانی که پین LOW شود شمارش را متوقف میکند. این تابع طول پالس التراسونیک را بر حسب میکروثانیه نشان میدهد. برای محاسبه فاصله مدت زمان را در 0.034 ضرب میکنیم. (سرعت صدا در هوا 340 متر بر ثانیه است) و آن را بر 2 تقسیم می کنیم زیرا فاصله بدست آمده، فاصله رفت و برگشت موج است.

digitalWrite(trigPin1, LOW);
delayMicroseconds(2);
digitalWrite(trigPin1, HIGH);
delayMicroseconds(10);
digitalWrite(trigPin1, LOW);
duration1 = pulseIn(echoPin1, HIGH);
distanceleft = duration1 * 0.034 / 2;

پس از محاسبه فاصله سنسور ها با موانع، می توانیم موتورها را با استفاده از دستور if کنترل کنیم ، بنابراین حرکت ربات را کنترل می کنیم. این کار بسیار ساده است. م فاصله نزدیک شدن به مانع و تغییر مسیر را 15 در نظر میگیریم با شرط ها مسیر ربات را تغییر میدهیم.. به عنوان مثال ، وقتی مانعی جلوی سنسور چپ می آید (یعنی فاصله سنسور سمت چپ باید کمتر یا معادل 15 سانتی متر باشد) و دو فاصله دیگر زیاد است (این بدان معناست که هیچ مانعی در مقابل سنسورهای آن قرار ندارد) با استفاده از تابع digitalWrite ، می توانیم موتورها را به سمت راست هدایت کنیم. سپس وضعیت سنسور IR را بررسی میکنیم. اگر ربات روی زمین باشد ، مقدار پین IR LOW خواهد بود و اگر نه ، مقدار HIGH خواهد بود. سپس آن مقدار را در متغیر int s ذخیره مینکیم. ما قصد داریم روبات را با توجه به این وضعیت کنترل کنیم.

این بخش از کد برای حرکت روبات به جلو و عقب استفاده می شود:

if(s==HIGH)
  { 
    digitalWrite(4, LOW);
    digitalWrite(7, HIGH);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(12, HIGH);
      delay(1000);
    a=1;
        }

پس از تشخیص عدم وجود کف ، روبات به جلو حرکت نمی کند. در عوض ، به چپ حرکت می کند ، به این ترتیب ، می توانیم از مشکل جلوگیری کنیم.

if ((a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) || (a==0)&&(s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15))

این بخش از کد برای حرکت روبات به راست استفاده می شود:

 digitalWrite(4, HIGH);
 digitalWrite(7, LOW);
 digitalWrite(8, HIGH);
 digitalWrite(12, LOW);

اگر ربات تشخیص دهد که کف وجود ندارد ، مقدار به 1 تغییر می کند و ربات به سمت چپ حرکت می کند. پس از گردش به چپ ، مقدار ‘a’ از 1 به 0 تغییر می کند.

 if ((a==1) &&(s==LOW) ||(s==LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) || (s== LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) || (s==LOW) && (distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15) || (distanceleft <= 15 && distancefront > 15 && distanceright > 15))
  {
    digitalWrite(4, HIGH);
    digitalWrite(7, LOW);
    digitalWrite(8, LOW);
    digitalWrite(12, HIGH);
    delay(100);
    a=0;
  }

این بخش از کد برای حرکت روبات به چپ استفاده می شود:

if ((s==LOW)&&(distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright <= 15) ||(s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront > 15 && distanceright <= 15) ||(s==LOW)&& (distanceleft > 15 && distancefront <= 15 && distanceright > 15) )
    {
    digitalWrite(4, LOW);
    digitalWrite(7, HIGH);
    digitalWrite(8, HIGH);
    digitalWrite(12, LOW);
  }

برای دانلود فایل ها باید حساب کاربری داشته باشید ثبت نام / ورود