光电传感器实验报告

..实验报告2――光电传感器测距功能测试实验目的：了解光电传感器测距的特性曲线；掌握LEGO根本模型的搭建；熟练掌握ROBOLAB软件；实验要求：能够用LEGO积木搭建小车模式，并在车头安置光电传感器。能在光电传感器紧贴红板，以垂直红板的方向作匀速直线倒车运动过程中进展光强值采集，绘制出时间－光强曲线，然后推导出位移－光强曲线及方程。程序设计：编写程序流程图并写出程序，如下所示：开场开场设置采样函数电机转动采样24次〔0.05S/次〕90〔〕完毕电机停机音乐响ROBOLAB程序设计：实验步骤：搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计〔创新可加分〕。用ROBOLAB编写上述程序。将小车与电脑用USB数据线连接，并翻开NXT的电源。点击ROBOLAB的RUN按钮，传送程序。取一红颜色的纸板〔或其他红板〕竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车行走的位移。将小车的光电传感器紧贴红板放置，用电脑或NXT的红色按钮启动小车，进展光强信号的采样。从直尺上读取小车的位移。待小车发出音乐后，点击ROBOLAB的数据采集按钮，进展数据采集，将数据放入红色容器。共进展四次数据采集。点击ROBOLAB的计算按钮，分别对四次采集的数据进展同时显示、平均线及拟和线处理。利用数据处理结果及图表，得出时间同光强的对应关系。再利用小车位移同时间的关系〔近似为匀速直线运动〕，推导出小车位移同光强的关系表达式。调试与分析采样次数设为24，采样间隔为0.05s，共运行1.2s。采得数据如下所示。在ROBOLAB的数据计算工具中得到平均后的光电传感器特性曲线，如下图：对上述平均值曲线进展线性拟合，得到的光强与时间的线性拟合函数：取四次实验小车位移的平均值，根据时间与光强的拟合函数求取距离与光强的拟合函数：由上图可得光强与时间的关系为：y=-25.261858×t+56.524457;量取位移为4.5cm，用时1.2s，得：x=3.75×t;光强与位移的关系为：y=-6.73649547×x+56.524457;通过观测上图及导出的光强位移函数可知，光电传感器在短距离里对位移信号有着良好的线性关系，可以利用光强值进展位移控制。但我们也可以发现，其线性区域十分狭窄，从图中可看出，主要集中在0.1s到0.8s之间。故只能用于短距离测控。考前须知：光电传感器对环境光较为敏感，故应采用一定的遮光措施，使环境尽量的暗，增大光强变化围，提高定位准确度。另外，采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。由于线性区域很窄，故只用低速档并可以考虑采用齿轮减速机构，使速度尽量的慢，得到较为理想的曲线。实验总结：通过这次实验，我们看到光电传感器的另一种功能，在短距离的测距功能。但我们也看到，这种工作方式容易受环境的影响，产生较大的误差。另外，它也只适合于短距离的测量，这是由于其与位移的线性关系决定的。最后，这次实验也为下次实验提供了理论支撑和相关数据确实定。注：小车的搭建过程详细请见9797套装手册附图：小车模型实验示意图齿轮减速机构〔右图为拆去轮子后〕后轮固定机构实验报告3－—光电传感器位移传感应用实验目的：掌握利用光感的局部线性特征进展测距的方法实验要求：小车由出发点向障碍物方向匀速行进，距离3CM、2CM、1CM时各停顿5秒钟并以不同音调提示到达指定位置。回程亦然并停顿在3CM位置。测量小车到达各目标位置的实际位置。重复实验三次并记录相关数据。软件设计：编写程序流程图并写出程序，如下所示：开场开场延时1s电机正转光强值是否上升到指定值？完毕电机停机5s，响音乐NY光强值是否上升到指定值？NY电机停机5s，响音乐光强值是否上升到指定值？YN电机停机5s，响音乐电机正转光强值是否下降到指定值？电机停机5s，响音乐NY光强值是否下降到指定值？YN电机停机，响音乐ROBOLAB程序设计：实验步骤：搭建小车模型，参考附录步骤或自行设计(创新可加分)。用ROBOLAB编写上述程序(控制阈值需要修改)。将小车与电脑用USB数据线连接，并翻开NXT的电源。点击ROBOLAB的RUN按钮，下载程序。取一红颜色的纸板〔或其他红板〕竖直摆放，并在桌面平面与纸板垂直方向放置直尺，用于记录小车与红板之间的距离。将小车的正对红板放置，与红板距离约为4cm。用电脑或NXT的红色按钮启动小车。每逢小车停顿，从直尺上读取小车的位移。重复三次。将记录的数据记录在自制的表格中。〔可以用办公软件绘制表格和图形〕调试与分析利用上次实验推导出光强与位移的方程：y=-6.73649547×x+56.524457得出：x=1cm时,y=49.8611≈50;x=2cm时,y=43.16889≈43;x=3cm时,y=36.46665≈36;利用上述数据进展程序设置，虽然小车能够按要求在不同的距离停顿，但与我们所设的位置有较大误差，特别是回程的时候。这是由于拟和的函数本身就存在误差，再加上环境的影响，故实现起来有较大的误差。记录的实验数据：预定停机位置3cm2cm1cm2cm3cm各位置控制阈值36%43％50％43％36％实际停机位置〔第一次〕2.0cm1.2cm0.5cm1.5cm2.6cm实际停机位置〔第二次〕2.0cm1.1cm0.3cm1.6cm2.5cm实际停机位置〔第三次〕1.8cm1.0cm0.4cm1.5cm2.4cm实际停机位置〔平均〕1.9cm1.1cm0.4cm1.5cm2.5cm误差1.1cm0.9cm0.6cm0.5cm0.5cm为更好的进展程序调试，故改良程序如下，参加光电感应器的数据采集：运行程序，得到下列图：观测上图，可以发现小车并未在我们设定的控制阈值处停顿。在向前运动中，停顿位置的实际光强值比预设的大。而在回程中，停顿位置的光强值比我们预设的小，故可以推测由于小车的惯性及电机自身的因素，产生了控制误差。另外，我们可以从图表中读出停顿位置的实际光强值，故可以根据现场情况，调整控制阈值，到达较好的控制效果。根据现场情况调整控制阈值后的记录表格：预定停机位置3cm2cm1cm2cm3cm修改前各位置控制阈值36％43％50％43％36％修改后各位置控制阈值33％37％44％42％35％实际停机位置〔第一次〕2.9cm2.2cm1.1cm2.1cm3.0cm实际停机位置〔第二次〕2.8cm2.1cm1.0cm2.0cm3.1cm实际停机位置〔第三次〕3.0cm2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm实际停机位置〔平均〕2.9cm2.1cm1.1cm2.1cm3.0cm误差0.1cm-0.1cm-0.1cm-0.1cm0cm调整控制阈值后采集的数据：根据上图可以发现，小车实际停顿位置的光强值为34，39，47。将这些数据代入上次实验得出的方程，发现处在这些光强之下的位移都比预计值大，说明上一个实验得出的方程存在误差，把一开场的加速运动简化为匀速直线运动处理所产生的。考前须知：光电传感器对环境光较为敏感，故应采用一定的遮光措施，使环境尽量的暗，增大光强变化围，提高定位准确度。另外，本实验采用光电传感器的自身光源，最大限度的减少环境光对实验的不利影响。小车在行进之中，并不能保证轨迹完全与红板垂直，可以采取固定后轮的方式，强制小车直线运动。由于光电传感器的自身光源为红色光，故采用红板反射效果最好。在同等条件下，白板的反射光强曲线较陡。由于控制的位移很小，故尽量采用低速档及齿轮减速机构，使速度尽量的慢。另外一开场摆放的距离也不宜太大，尽量减小惯性，才能得到较为准确的控制。读取直尺数值时尽量保持以垂直桌面的角度，减小误差。实验总结：通过这次实验，我们看到利用光电传感器，可以实现短距离的较为准确的位移控制。但由于受环境光，以及小车的惯性等因素的影响，利用上次实验拟和的位移－光强曲线函数虽然实现不同距离停顿的功能，但与预定值有着较大的误差。