Kızılötesi Mesafe Algılayıcılar

Geçmişte sharp kızılötesi alıcıları, uygun sürme devreleri ve bir veya birden fazla kızılötesi led kullanılarak robotlarda engel algılama amaçlı kullanılmaktaydılar. Bu yaklaşım tetiklenen her bir led için yansımanın olup olmamasına göre mantıksal doğru veya yanlış değerleri olarak okuma yapmaya elvermekteydi. Ancak bu yaklaşımın sınırlı ölçüm mesafesi, çevresel ışığın yarattığı girişime duyarlılığı ve led, sürme devresi, kızıl ötesi gibi donanımlara olan ihtiyacı kullanımında sorunlar doğurmaktaydı [45].

Sharp firmasının GP2DXX serisi algılayıcılarını piyasaya sürmesi ile birlikte yeni bir yaklaşım kullanılmaya başlandı. Bu yaklaşım eski yaklaşıma göre daha uzun bir menzil sunmasının yanı sıra GP2D02 ve GP2D12 algılayıcılarının kullanılması durumunda mesafe bilgisinin okunmasına da olanak tanımaktadır. Yeni algılayıcı

RS232 Com Port Redirector Yazılımı Wibox RS232 RS232

serisi kullanılan yöntem nedeniyle aynı zamanda çevresel ışığın etkilerine daha iyi bir tolerans göstermektedir.

Bu algılayıcıların tamamı üçgenleme⁴⁶ metodu ve küçük lineer CCD algılayıcı dizileri kullanarak mesafe ve/veya görüş alanında bir nesnenin olup olmadığı hesabını yapmaktadırlar. Temel düşünce yayılan kızıl ötesi ışığın görüş alanında bir nesne varsa bu nesneye çarpıp algılayıcıya geri yansıyacağı prensibine dayanmaktadır. Çalışma esnasında ilk olarak kızıl ötesi bir darbe yayınlanır. Bu darbe görüş alanında yayılmaya başlar. Bu yayılma sırasında ya bir engele çarpıp geri yansıyacak ya da yayılmaya devam edecektir. Kızıl ötesi ışının bir engelden yansımaması durumunda hiç bir nesne algılanmayacaktır. Bir engelle karşılaşılması durumunda ise yansıyan ışık algılayıcının üzerinde bulunan CCD dizisine geri dönecektir. Bu durumda kızıl ötesi verici, nesne ve CCD dizisinin, köşelerini oluşturduğu bir üçgen meydana gelecektir.

Şekil 6.32 : Kızılötesi Algılayıcıların Çalışma Prensibi

Oluşan bu üçgenin taban açıları yansımanın olduğu engelin mesafesine göre değişiklik göstermektedir. Yeni algılayıcıların alıcı kısmında bulunan hassas lensler, yansıyan kızıl ötesi ışının geldiği açıya göre algılayıcının içinde bulunan lineer CCD dizisine yansıtır. Ardından algılayıcı CCD dizisini okuyarak ışının hangi açı ile geldiğini hesaplar. Açı ve kızılötesi verici alıcı arasındaki uzaklık bilindiği için mesafe trigonometrik formüllerle hesaplanır.

46 İng: triangulation Yansıma Noktası Engel Engel

Bu yöntem çevresel ışığa karşı çok az duyarlılık göstermekte ve bu nedenle çok farklı ortamlarda doğru okumalar elde edilmesini sağlamaktadır. Bu aynı zamanda engelin renginin de önemli olmadığı anlamına gelmektedir. Güneş ışığı altında siyah bir engel bile bu yöntemle algılanabilmektedir.

Şekil 6.33 : GP2D12 Algılayıcısı için Mesafe Voltaj Grafiği

Kullanılan trigonometrik hesapların doğası nedeniyle bu algılayıcıların sinyal çıkışlarındaki voltaj, kızıl ötesi ışının yansıdığı mesafe ile lineer olmayan bir ilişki göstermektedir. Şekil 6.33’da görülen iki önemli unsur bulunmaktadır. Grafik 10-80 cm aralığında logaritmik bir eğriye yakın bir eğilim göstermektedir. Algılayıcının minimum ölçüm mesafesi olan 10 cm’in altına düşüldüğünde ise çıkış voltajı ani bir düşüş göstermekte ve okunan değerler engelin olduğundan daha uzakta olduğu izlenimini yaratmaktadır. Bu robotlar için büyük bir sorun oluşturabilecek bir durumdur. Robotun önünde bir engel olmasına rağmen ilerlemeye çalışması hasarlara neden olabilmektedir. Bu sorunun çözümü için bu algılayıcıların, ölü bölgeleri (0-10cm) robotun gövdesi içinde kalacak şekilde monte edilmeleri gerekmektedir (Şekil 6.34).

Şekil 6.34 : Kızılötesi Algılayıcıların Montajı

Sharp kızılötesi algılayıcıların ışın demeti yapısının genişliği ise yaklaşık 16 cm’dir. Bu görece düşük demet genişliği, Sharp algılayıcılarını özellikle servo motorlarla yapılan açısal süpürme işlemleri için ideal kılmaktadır. Aynı zamanda sunulan geniş ürün yelpazesi her türlü mikro işlemci için uygun bağlantı seçenekleri sağlamaktadır. Tablo 6.2’de en yaygın olarak kullanılan Sharp kızıl ötesi algılayıcıların özellikleri verilmiştir. Görüldüğü gibi GP2D02 ve GP2D12 gerçek mesafe değerlerinin okunmasına izin verirken GP2D05 ve Gp2D15 sadece engel olup olmadığının algılanmasını sağlayabilmektedir. Algılayıcılardan bazıları dijital okumaya izin verirken bazıları ise analog voltaj çıkışı vererek mikro işlemcinin analog dijital çevirici barındırmasını zorunlu kılmaktadır.

Tablo 6.2 : Kızılötesi Mesafe Algılayıcılar Özellik Tablosu

Algılayıcı Çıkış Türü Menzil Çalışma Metodu Çalışma Akımı

Bekleme Akımı

GP2D02 Seri arabirim 10cm - 80cm Harici olarak

okuma işlemi tetiklenir.

~25 mA ~2 uA

GP2D05 Sabit bir mesafeye

göre Boolean (1 veya 0) 10cm - 80cm (dahili bir potansiyometre ile ayarlanabilir) Harici olarak okuma işlemi tetiklenir. ~25 mA ~2 uA GP2D12 Ölçülen mesafeye gore değişen Analog değer (0V to ~3V) 10cm - 80cm Sürekli okuma (her okuma~38ms) ~25 mA * GP2D15 Dijital çıkış (0 veya 1) Fabrika çıkışı 24cm sabitlenmiş Sürekli okuma (her okuma~38ms) ~25 mA *

Bu projede yakın mesafe algılamaları için robot üzerinde 4 adet Sharp GP2D12 kızılötesi mesafe algılayıcı [46] bulunmaktadır. Bu algılayıcılardan ikisi robotun yanlarında gövdeye, diğer ikisi ise ön ve arkada bulunan algılayıcı taretlerine monte

edilmiş durumdadır. Her bir algılayıcının analog çıkışı PIC mikro işlemcinin PortA portunda bulunan analog dijital çeviricinin girişlerine bağlanmış durumdadır. Okunan voltaj değerlerinin mesafeye çevrilme işlemi ile ilgili detaylar bölüm 7 de incelenecektir.