robot spin -...
TRANSCRIPT
Robot spin
2019-2020
Naam: Thian Van Meensel
Klas: T3Ei6
Thian Van Meensel Robot spin 2
Voorwoord
Ik ben Thian Van Meensel, 17 jaar. Ik woon in Geel-Zammel. Voordat ik naar
deze school kwam zat ik op de Bovenschool van de Sint-Lambertusscholen te
Westerlo en volgde de richting wetenschappen, nu zit in het zesde jaar van de
richting Elektronica/ICT op Sint Jozef Geel.
Als onderwerp voor mijn geïntegreerde proef koos ik om voor een robot, om dit
onderwerp goed te kunnen onderzoeken ga ik zelf een robot spin maken.
Ik wil graag meneer T. Smets bedanken (leerkracht netwerken, embedded linux,
software en PLC) voor alle hulp ook zou ik meneer G. Noeyens (leerkracht
embedded C) willen bedanken voor de suggesties bij het elektronische gedeelte.
En ten slotte zou ik ook mijn ouders willen bedanken voor de financiële steun en
voor het nalezen van mijn scriptie.
Thian Van Meensel Robot spin 3
Inhoudstabel VOORWOORD .................................................................................................................................................. 2
INHOUDSTABEL ................................................................................................................................................ 3
AFBEELDINGEN ................................................................................................................................................. 5
TABELLEN ......................................................................................................................................................... 6
1 INLEIDING ................................................................................................................................................ 7
2 BLOKSCHEMA’S ........................................................................................................................................ 8
2.1 TEKENING BLOKSCHEMA ......................................................................................................................... 8 2.2 UITLEG BLOKSCHEMA ............................................................................................................................. 9
2.2.1 Raspberry Pi ................................................................................................................................. 9 2.2.2 Ultrasone sensor .......................................................................................................................... 9 2.2.3 Servo’s ......................................................................................................................................... 9 2.2.4 Power monitor ............................................................................................................................. 9 2.2.5 Camera ........................................................................................................................................ 9 2.2.6 Website ....................................................................................................................................... 9 2.2.7 Database ..................................................................................................................................... 9
2.3 VERLOOPSCHEMA ............................................................................................................................... 10
3 KEUZE COMPONENTEN .......................................................................................................................... 11
3.1 CONTROLLER ..................................................................................................................................... 11 3.1.1 Opties ........................................................................................................................................ 11
3.1.1.1 Arduino uno Rev 3 ............................................................................................................................ 11 3.1.1.2 Raspberry Pi 3b+ .............................................................................................................................. 11 3.1.1.3 Orange Pi 2 plus ............................................................................................................................... 11 3.1.1.4 Banana Pi M4 ................................................................................................................................... 12
3.1.2 Conclusie ................................................................................................................................... 12 3.1.3 I/O Raspberry Pi 3b+ .................................................................................................................. 13
3.2 SERVO.............................................................................................................................................. 14 3.2.1 Werking ..................................................................................................................................... 14 3.2.2 Opties ........................................................................................................................................ 15
3.2.2.1 DS3218 ............................................................................................................................................ 15 3.2.2.2 MG996R ........................................................................................................................................... 15
3.2.3 Conclusie ................................................................................................................................... 15 3.3 BATTERIJ .......................................................................................................................................... 16
3.3.1 WEEE Directive ........................................................................................................................... 16 3.3.2 Opties ........................................................................................................................................ 17
3.3.2.1 Zink-koolstof (ZnC) ........................................................................................................................... 17 3.3.2.2 Zink-lucht (Zn-lucht) ......................................................................................................................... 18 3.3.2.3 Lithium ion (Li-ion) ........................................................................................................................... 20 3.3.2.4 Nikkel metaalhybride (NiMH)............................................................................................................ 26
3.3.3 Conclusie ................................................................................................................................... 28 3.4 I/O-EXPANDER ................................................................................................................................... 29
3.4.1 Conclusie ................................................................................................................................... 29 3.4.2 Specificaties ............................................................................................................................... 29
3.5 ANALOOG DIGITAAL CONVERTER ............................................................................................................. 30 3.5.1 Werking ..................................................................................................................................... 30 3.5.2 Opties ........................................................................................................................................ 31
3.5.2.1 MCP3008 ......................................................................................................................................... 31 3.5.2.2 MCP3208-CI/P .................................................................................................................................. 31 3.5.2.3 ADS1115 .......................................................................................................................................... 32
3.5.3 ADC type SAR ............................................................................................................................. 32 3.5.3.1 Werking SAR .................................................................................................................................... 32
3.5.4 Conclusie ................................................................................................................................... 34
Thian Van Meensel Robot spin 4
3.6 AFSTAND SENSOR................................................................................................................................ 35 3.6.1 Ultrasone sensor ........................................................................................................................ 35 3.6.2 Infrarood sensor ......................................................................................................................... 36 3.6.3 Opties ........................................................................................................................................ 36
3.6.3.1 MB ULTRASONIC V3 ......................................................................................................................... 36 3.6.3.2 HC-SR04 ........................................................................................................................................... 37
3.6.4 Conclusie ................................................................................................................................... 37 3.7 CAMERA ........................................................................................................................................... 38
3.7.1 Werking ..................................................................................................................................... 38 3.7.2 Opties ........................................................................................................................................ 38
3.7.2.1 Camera Module V2 ........................................................................................................................... 38 3.7.2.2 Camera V2 8MP IR............................................................................................................................ 38
3.7.3 Conclusie ................................................................................................................................... 38 3.8 LED-STRIP ......................................................................................................................................... 39
3.8.1 Werking ..................................................................................................................................... 39 3.8.1.1 Led................................................................................................................................................... 39 3.8.1.2 WS2812b ......................................................................................................................................... 41
3.8.2 Keuze ......................................................................................................................................... 41
4 PROBLEMEN .......................................................................................................................................... 42
4.1 STROOM ........................................................................................................................................... 42 4.2 PCA9685 ........................................................................................................................................ 43
5 PROTOCOLLEN ....................................................................................................................................... 44
5.1 I2C .................................................................................................................................................. 44 5.2 SPI ................................................................................................................................................. 46 5.3 PWM.............................................................................................................................................. 48
6 CODE...................................................................................................................................................... 49
6.1 BESTURINGSSYSTEEM: STRETCH .............................................................................................................. 49 6.2 ADAFRUIT PYTHON PCA9685 ............................................................................................................... 49
6.2.1 Installatie ................................................................................................................................... 49 6.2.2 Code .......................................................................................................................................... 49
6.3 ULTRASONE SENSOR ............................................................................................................................ 50 6.3.1 Code .......................................................................................................................................... 50
6.4 LED-STRIP ......................................................................................................................................... 50 6.4.1 Installatie WS2812b ................................................................................................................... 50 6.4.2 Code .......................................................................................................................................... 50
7 PRINTED CIRCUIT BOARD ....................................................................................................................... 52
7.1 SCHEMA ........................................................................................................................................... 52 7.2 PRAKTISCH ........................................................................................................................................ 53
8 VERMOGEN BEREKENING ...................................................................................................................... 54
9 PRIJSLIJST ............................................................................................................................................... 55
10 BESLUIT .................................................................................................................................................. 56
Thian Van Meensel Robot spin 5
Afbeeldingen
Figuur 1: Blokschema ........................................................................................ 8
Figuur 2: Verloopschema ................................................................................. 10
Figuur 3: Raspberry pi 3b+ .............................................................................. 11
Figuur 4: Arduino uno ...................................................................................... 11
Figuur 5: Orange pi 2 plus ................................................................................ 12
Figuur 6: Banana pi M4 ................................................................................... 12
Figuur 7: Pinout Raspberry Pi 3b+ ................................................................... 13
Figuur 8: DS3218 ............................................................................................. 14
Figuur 9: Voorbeeld binnenkant servo ............................................................. 14
Figuur 10: Pulsen naar servo ............................................................................ 14
Figuur 11: Servo DS3218 ................................................................................. 15
Figuur 12: Servo MG996R ............................................................................... 15
Figuur 13: WEEE directive .............................................................................. 16
Figuur 14: Zink-koolstof batterij ...................................................................... 17
Figuur 15: Binnenkant zink-koolstof batterij .................................................... 17
Figuur 16: Zink-lucht batterij ........................................................................... 18
Figuur 17: Opbouw zink-lucht batterij ............................................................. 19
Figuur 18: Lithium-ion batterij ......................................................................... 20
Figuur 19: Binnenkant lithium-ion batterij ....................................................... 20
Figuur 20: Varta lithium-ion batterij, Museum Autovision, Altlussheim,
Duitsland .................................................... Fout! Bladwijzer niet gedefinieerd.
Figuur 21: Nikkel metaalhybride batterij .......................................................... 26
Figuur 22: Binnenkant nikkel metaalhybride batterij ........................................ 27
Figuur 23: PCA9685 ........................................................................................ 29
Figuur 24: Pinout PCA9685 ............................................................................. 29
Figuur 25: MCP3008 ........................................................................................ 30
Figuur 26: Monsters nemen .............................................................................. 31
Figuur 27: MCP 3008 ....................................................................................... 31
Figuur 28: MCP3208-CI/P ............................................................................... 31
Figuur 29: ADS1115 ........................................................................................ 32
Figuur 30: Werking sar verloop schema ........................................................... 32
Figuur 31: Capacitieve DAC ............................................................................ 33
Figuur 32: HC-SR04 ........................................................................................ 35
Figuur 33: Werking infrarood sensor ................................................................ 36
Figuur 34: MB ultrasonic V3............................................................................ 36
Figuur 35: HC-SR04 ........................................................................................ 37
Figuur 36: Camera ........................................................................................... 38
Figuur 37: Delen van led .................................................................................. 40
Thian Van Meensel Robot spin 6
Figuur 38: I²C werking ..................................................................................... 44
Figuur 39: Verbinding spi master en slave ....................................................... 46
Figuur 40: PMW duty cycle ............................................................................. 48
Figuur 41: Code PCA9685 ............................................................................... 49
Figuur 42: Code ultrasone sensor ..................................................................... 50
Figuur 43: Variabelen led-strip ......................................................................... 51
Figuur 44: Code led-strip ................................................................................. 51
Figuur 45: Schema PCB ................................................................................... 52
Figuur 46: Schema PCB power supply ............................................................. 52
Figuur 47: PCB ................................................................................................ 53
Tabellen Tabel 1: Vermogen tabel .................................................................................. 54
Tabel 2: Prijslijst .............................................................................................. 55
Thian Van Meensel Robot spin 7
1 Inleiding
In dit werk bekijk ik het maken van een robotspin.
Ik heb gekozen om een robot spin te maken, het is een relevante geïntegreerde
proef omdat het heel goed bij de technische vakken past zoals elektronica en
embedded linux. Bij elektronica past het goed omdat er veel elektronische
componenten in zitten en er schema’s getekend moeten worden. Bij embedded
linux past de geïntegreerde proef goed omdat de programmeer taal python is(de
hoofdtaal die we bij dit vak zien) en we een besturingssysteem van de linux
familie gebruiken. Voor de maatschappij is deze geïntegreerde proef nuttig
omdat er niet genoeg onderzoek kan gebeuren naar robots, deze komen ook
steeds meer op de werkvloer voor. Dus het is heel belangrijk dat wij ze heel
goed begrijpen.
Eerst verduidelijk ik het doel van de geïntegreerde proef door middel van een
blokschema waaronder ik ook een geschreven uitleg geef van het blokschema.
Daarna ga ik bespreken welke componenten gebruikt heb en waarom ik deze
gebruikt heb en tenslotte ga ik de code bespreken.
Thian Van Meensel Robot spin 8
2 Blokschema’s
2.1 Tekening blokschema
Figuur 1: Blokschema
Thian Van Meensel Robot spin 9
2.2 Uitleg blokschema
2.2.1Raspberry Pi
De Raspberry Pi is het brein van het project, het stuurt alle actoren aan en leest
alle sensoren in. Ook zal het de basis zijn voor het web gebeuren.
2.2.2Ultrasone sensor
De ultrasone sensor dient voor object detectie en zal er dus voor dienen om
botsingen met objecten te voorkomen.
2.2.3Servo’s
De servo’s gaan de poten doen bewegen maar omdat de Raspberry Pi maar 1
servo tegelijk kan aansturen gaan we tussen de Raspberry Pi en de servo’s een
pca9685 zetten, dit zorgt er dan voor dat de Raspberry Pi toch alle servo’s
tegelijk kan aansturen.
2.2.4Power monitor
De power monitor gaat er voor zorgen dat we niet te veel vermogen gaan
gebruiken en gaat heel het project zekeren. Dit kan je zien als een schakelaar die
open gaat als er iets mis gaat.
2.2.5Camera
De camera zal een beeld gaan maken en dat doorsturen naar de Raspberry Pi,
hierdoor gaat de bestuurder kunnen zien waar de robot is en zo ook obstakels
ontwijken.
2.2.6Website
De website is als een werkt zoals een afstandsbediening van een drone je kan de
robot aansturen. Dit is niet het enige wat je hier kan doen je kan ook zien
hoeveel batterij je nog hebt en je kan hier ook de beelden real time zien.
2.2.7Database
De database linkt de Raspberry Pi met de website samen. De database geeft de
commando’s door aan de Raspberry Pi en de Raspberry Pi geeft de video door
aan de database zodat de gebruiker de video op de website kan zien.
Thian Van Meensel Robot spin 10
2.3 Verloopschema
Figuur 2: Verloopschema
Thian Van Meensel Robot spin 11
3 Keuze componenten
3.1 Controller
3.1.1Opties
3.1.1.1 Arduino uno Rev 3
Figuur 4: Arduino uno
De Arduino uno Rev 3 kost 20 euro en heeft 16 input’s en output’s. De arduino
heeft ook 2 kB RAM van de ATmega328P chip die op het board zit.
3.1.1.2 Raspberry Pi 3b+
De Raspberry Pi 3b+ kost 37.95 euro en heeft 40 in en outputs. Heeft ook wifi
(wifi 802.11.b/g/n/ac), ethernet (10/100/1000 Mbit gigabit over usb 2.0 anders
tot 300Mbit) en een camera interface. Het heeft 1 GB LPDDR2 RAM en kan tot
4 mutithreads doen en kan dus 4 taken tegelijk doen en de processor heeft een
basis klok frequentie van 1.4 Ghz. De Raspberry Pi heeft ook een operating
systeem nodig, hiervoor word meestal een versie van Debian gebruikt.
3.1.1.3 Orange Pi 2 plus
Figuur 3: Raspberry pi 3b+
Thian Van Meensel Robot spin 12
Figuur 5: Orange pi 2 plus
De Orange pi 2 plus kost 36.67 euro, heeft 40 inputs en outputs, wifi (802.11
b/g/n), ethernet (10/100 Mbit/s) en 2GB DDR3 RAM. De Orange Pi 2 plus kan
ook tot 4 mutithreads doen en kan dus 4 taken tegelijk doen, de processor heeft
een basis klok frequentie van 1.3 Ghz. De Orange Pi heeft ook een operating
systeem nodig hiervoor word meestal een versie van Debian gebruikt. De
Orange Pi heeft ook een camera interface.
3.1.1.4 Banana Pi M4
Figuur 6: Banana pi M4
De Banana Pi M4 kost 34.92 euro heeft 40 in en outputs, heeft wifi (802.11
b/g/n/ac), heeft internet (10/100 Mbit/s), heeft 1GB DDR4 RAM. De Banana Pi
M4 kan tot 4 mutithreads doen en kan dus 4 taken tegelijk doen, de processor
heeft een basis klok frequentie van 1.2 Ghz. De Banana Pi heeft ook een
operating systeem nodig hiervoor word meestal een versie van Debian gebruikt.
(BPI-M4, sd)
3.1.2Conclusie
Ik kies voor de Raspberry Pi omdat we deze vorig schooljaar al hadden
aangekocht, 4 kanalen voor wifi heeft, wat heel belangrijk is voor een snelle
verbinding tussen de persoon die het aanstuurt en Raspberry Pi, de Raspberry Pi
heeft ook de snelste processor klok frequentie. Een ander voordeel is dat de
Raspberry Pi ook een camera interface heeft zodat de GPIO pinnen vrij blijven
voor andere componenten aan te sturen.
Thian Van Meensel Robot spin 13
3.1.3I/O Raspberry Pi 3b+
Figuur 7: Pinout Raspberry Pi 3b+
Thian Van Meensel Robot spin 14
3.2 Servo
3.2.1Werking
Figuur 9: Voorbeeld binnenkant servo
In een hobby servo vindt je 4 hoofd componenten, een DC motor, een
versnellingsbak, een potentiometer en een controle circuit. De potentiometer is
aan het laatste tandwiel (tandwiel van de uitgangsas) vast gemaakt zodat als de
motor beweegt de potentiometer ook beweegt en dus een voltage creëert dat
relateert tot de overeenkomstige hoek van de servo. Dit signaal wordt
vergeleken met het signaal dat naar de servo komt en als het nodig is activeert
de controller de H-brug die er voor zorgt dat de motor in de andere richting
draait. Dit blijft gebeuren tot het signaal van de potentiometer gelijk is aan het
signaal afkomstig van het input signaal. Een servomotor wordt aangestuurd door
pulsen.
Figuur 10: Pulsen naar servo
Figuur 8: DS3218
Thian Van Meensel Robot spin 15
3.2.2Opties
3.2.2.1 DS3218
Figuur 11: Servo DS3218
- Waterdicht
- Digitaal
- 20 kg/cm kracht
- Max hoek van 180°
- Metalen tandwielen
- Goedkoop
3.2.2.2 MG996R
Figuur 12: Servo MG996R
- 13 kg/cm
- Max hoek van 180°
- Metalen tandwielen
- Digitaal
- Duur
3.2.3Conclusie
Ik kies voor de DS3218 omdat deze heel goedkoop is en ook sterker is. Deze
servo heeft ook als bijkomend voordeel dat hij tegen een spatje water kan.
Thian Van Meensel Robot spin 16
3.3 Batterij
3.3.1WEEE Directive
Figuur 13: WEEE directive
Afval van elektrische en elektronische apparatuur (AEEA) of in het Engels Waste
of electrical and electronic equipment (WEEE) zoals computers, tv-toestellen, koelkasten
en mobiele telefoons is een van de snelst groeiende afvalstromen in de Europese
Unie. Hiervan werd ongeveer 9 miljoen ton van gegenereerd in 2005. Naar
verwachting zal dit groeien tot meer dan 12 miljoen ton in 2020.
AEEA is een complexe mix van materialen en componenten die vanwege hun
gevaarlijke inhoud grote milieu- en gezondheidsproblemen kunnen veroorzaken
als ze niet goed beheerd worden en bovendien vereist de productie van moderne
elektronica het gebruik van schaarse en dure grondstoffen zoals goud, hiervan
word ongeveer 10% van het totale goud wereldwijd wordt voor gebruikt. Om bij
te dragen voor een beter milieubeheer van AEEA en om bij te dragen aan een
circulaire economie en ophaling van grondstoffen te verbeteren behandeling en
recycling van elektronica aan het einde van hun levensduur van essentieel
belang.
Om deze problemen aan te pakken zijn twee wetgevingsstukken ingevoerd: de
richtlijn betreffende afgedankte elektrische en elektronische apparatuur (WEEE
Directive) en de richtlijn betreffende de beperking van het gebruik van bepaalde
gevaarlijke stoffen in elektrische en elektronische apparatuur (RoHS-richtlijn)
De eerste AEEA-richtlijn is in februari 2003 in werking getreden. De richtlijn
voorzag in de invoering van inzamelingsregelingen waarbij consumenten hun
Thian Van Meensel Robot spin 17
AEEA gratis kunnen binnen brengen. Deze regelingen hebben tot doel de
recycling van AEEA en/of hergebruik er van te verhogen. Ook is de EU-
wetgeving tot beperking van het gebruik van gevaarlijke stoffen in elektrische
en elektronische apparatuur is in februari 2003 in werking getreden. deze
wetgeving schrijft voor dat zware metalen zoals lood, kwik, cadmium en
zeswaardig chroom en vlamvertragers zoals polybroombifenylen (PBB) of
polybroomdddifenylethers (PBDE) worden vervangen door veiligere
alternatieven. In december 2008 heeft de Europese Commissie voorgesteld de
richtlijn te herzien. De RoHS-herschikkingsrichtlijn is op 3 januari 2013 van
kracht geworden.
3.3.2Opties
3.3.2.1 Zink-koolstof (ZnC)
Figuur 14: Zink-koolstof batterij
Opbouw
Het omhulsel van de droge zink-koolstof cel
is een zink blikje. Het blikje bevat een laag
NH4Cl of ZnCl2 dit is een waterige pasta die
de papier laag vochtig maakt deze laag
scheid het zink van het blikje van het
mengsel van poederkool (meestal
grafietpoeder) en mangaan (IV) oxide
(MnO2). Dit verpakt dan weer de
koolstofstaaf. Koolstof is het enige
praktische geleider materiaal omdat elk
gemeenschappelijk metaal snel corrodeert in
de positieve elektrode in een elektrolyt
op basis van zout.
Vroege soorten en goedkope cellen gebruiken een separator bestaande uit een
laag zetmeel of bloem. Nu wordt laag met zetmeel gecoate papier wordt
Figuur 15: Binnenkant zink-koolstof batterij
Thian Van Meensel Robot spin 18
gebruikt in moderne cellen, deze is dunner en maakt het mogelijk maakt meer
mangaandioxide te gebruiken. Oorspronkelijk werden de cellen verzegeld met
een laag asfalt om uitdroging van het elektrolyt te voorkomen maar
tegenwoordig wordt er een thermoplastische sluitring gebruikt. De koolstofstaaf
is licht poreus waardoor opgehoopt waterstofgas kan ontsnappen. Hierdoor
wordt het waterige elektrolyt behouden. De verhouding van mangaandioxide en
koolstofpoeder in de kathodepasta beïnvloedt de kenmerken van de cel: meer
koolstofpoeder verlaagt de interne weerstand, terwijl meer mangaandioxide de
opslagcapaciteit verbetert.
Voordelen
1. De kosten van deze batterij cel is vrij laag.
2. Verschillende vormen, maten en capaciteiten van deze cellen zijn
gemakkelijk te verkrijgen.
3. Lange betrouwbaarheid.
Nadelen
1. De energiedichtheid is vrij laag.
2. Het geeft slechte service bij lage temperatuur.
3. Het heeft een slechte lekkage weerstand.
4. Bij hoge stromen is de batterij niet efficiënt. 5. De spanning daalt evenredig met ontlading.
3.3.2.2 Zink-lucht (Zn-lucht)
Figuur 16: Zink-lucht batterij
Thian Van Meensel Robot spin 19
Opbouw Doorsnede van een zink-lucht batterij:
Figuur 17: Opbouw zink-lucht batterij
A. Separator
B. zinkpoederanode en elektrolyt
C. anode kan
D. isolatorpakking
E. kathode kan
F. luchtgat
G. kathodekatalysator en huidige collector
H. luchtdistributielaag
I. Semi permeabel membraan
Voordelen
1. Hogere energiedichtheid maar een lager vermogen.
2. Opgeboud uit goedkope materialen.
3. Het zink-luchtsysteem heeft, wanneer het wordt verzegeld, een
uitstekende houdbaarheid, met een zelfontladingspercentage van slechts 2
procent per jaar.
4. In verhouding tot hun fysieke grootte slaan zink/luchtbatterijen meer
energie op per gewichtseenheid (in termen van 220 Wh/kg) dan bijna elk
ander primair type. Primaire cellen beschikbaar in een bereik van knop en
munt cel maten.
5. Oplaadbare hoogvermogencellen beschikbaar voor tractietoepassingen.
Nadelen
1. Gevoelig voor extreme temperaturen en vochtige omstandigheden.
2. Kooldioxide uit de lucht vormt carbonaat dat geleidbaarheid vermindert.
3. Hoge zelfontladings coëfficiënt.
4. Na activering drogen chemicaliën meestal uit en moeten de batterijen snel
worden gebruikt.
5. Hoewel opladen mogelijk is, is het ook lastig en is het alleen geschikt
voor soorten met een hoog vermogen.
6. Hoge interne weerstand, wat betekent dat zinkluchtbatterijen enorm groot
moeten zijn om aan hoge stroombehoeften te voldoen.
Thian Van Meensel Robot spin 20
3.3.2.3 Lithium ion (Li-ion)
Figuur 18: Lithium-ion batterij
Opbouw
De drie primaire functionele
componenten van een lithium-
ion batterij zijn de positieve en
negatieve elektroden en
elektrolyt. Over het algemeen is
de negatieve elektrode van een
conventionele lithium-ioncel
gemaakt van koolstof. De
positieve elektrode is een
metaaloxide en het elektrolyt is
een lithiumzout in een organisch
oplosmiddel. De
elektrochemische rollen van de
elektroden keren tussen anode
en kathode dit is afhankelijk van
de richting van de huidige stroom door de cel.
De meest commercieel populaire anode (negatieve elektrode) is grafiet. De
positieve elektrode is over het algemeen een van de drie materialen: een gelaagd
oxide (zoals lithiumkobaltoxide), een polyanion (zoals lithiumijzerfosfaat) of
een spinel (zoals lithiummangaanoxide). Onlangs zijn elektroden waarin grafeen
Figuur 19: Binnenkant lithium-ion batterij
Thian Van Meensel Robot spin 21
zit (gebaseerd op 2D- en 3D-structuren van grafeen) ook gebruikt als
componenten van elektroden voor lithiumbatterijen.
Het elektrolyt is meestal een mengsel van organische carbonaten zoals
ethyleencarbonaat of diethylcarbonaat dat complexen van lithium-ionen bevat.
Deze niet-waterige elektrolyten gebruiken over het algemeen niet-coördinerende
anionzouten zoals lithiumhexafluorfosfaat (LiPF6), lithium hexafluoroarsenate
monohydraat (LiAsF6), lithiumperchloraat (LiClO4), lithium tetrafluorboraat
(LiBF4) en lithiumtriflate (LiCF3SO3).
Afhankelijk van de materiaalkeuzes kunnen de spanning, energiedichtheid,
levensduur en veiligheid van een lithium-ionbatterij drastisch veranderen. In
huidige onderzoeken is het gebruik van nieuwe architecturen met behulp van
nanotechnologie onderzocht om de prestaties te verbeteren. De
aandachtsgebieden zijn het elektrodematerialen op nanoschaal en de alternatieve
elektrodestructuren.
Puur lithium is zeer reactief. Het reageert krachtig met water om
lithiumhydroxide (LiOH) en waterstofgas te vormen. Daardoor wordt er meestal
een niet-waterig elektrolyt gebruikt en een verzegelde container sluit vocht uit
het accupakket.
Lithium-ion batterijen zijn duurder dan NiCd batterijen, maar werken over een
groter temperatuurbereik met hogere energiedichtheden. Ze hebben een
beschermend circuit nodig om de piekspanning te beperken.
Opslag
Als je een Li-ion battery wil opslagen doe je dat best bij 20°C en bij 4-3.7V
want dan is er bijna geen zelf ontlading meer. Natuurlijk moet er we wel
opletten dat er geen kortsluiting is want dan kan de batterij ontploffen. Ook
moeten we opletten dat de batterij niet onder de 2V/cel gaat want dan is de
batterij kapot.
Geschiedenis
Achtergrond
Lithium batterijen werden voorgesteld door de Britse chemicus M. Stanley
Whittingham terwijl hij werkte voor Exxon in de jaren 1970. Whittingham
gebruikte titanium(IV) sulfide en lithiummetaal als de elektroden. Deze
oplaadbare lithiumbatterij kon echter nooit praktisch worden gemaakt. Titanium
Thian Van Meensel Robot spin 22
disulfide was een slechte keuze, omdat het moet
worden gesynthetiseerd onder volledig
verzegelde omstandigheden, ook vrij duur
(ongeveer $1000 per kilogram voor titanium
disulfide grondstof in de jaren 1970). Bij
blootstelling aan lucht reageert titaniumdisulfide
op waterstofsulfideverbindingen, die een
onaangename geur hebben en bovendien giftig
zijn voor de meeste dieren. Onderandere door
deze reden is Exxon gestopt met de ontwikkeling
van Whittingham's lithium-titanium disulfide batterij. Batterijen met metalen
lithium-elektroden presenteerden veiligheidsproblemen, omdat lithiummetaal
reageert met water en ontvlambare waterstofgas vrijgeeft. Daarom is het
onderzoek verplaatst naar de ontwikkeling van batterijen waarin alleen
lithiumverbindingen aanwezig zijn, die lithium-ionen kunnen accepteren en
vrijgeven.
Ontwikkeling
1973 Adam Heller stelde de lithiumthionylchloridebatterij voor, die nog
steeds wordt gebruikt in geïmplanteerde medische hulpmiddelen en in
afweersystemen waar een houdbaarheid van meer dan 20 jaar, een hoge
energiedichtheid en/of tolerantie voor extreme bedrijfstemperaturen
vereist zijn.
1977 Samar Basu demonstreerde elektrochemische intercalatie van lithium in
grafiet aan de Universiteit van Pennsylvania. Dit leidde tot de
ontwikkeling van een werkbare lithium intercalated grafietelektrode bij
Bell Labs (LiC6) om een alternatief te bieden voor de
lithiummetaalelektrodebatterij.
1979 Werkend in afzonderlijke groepen, Ned A. Godshall et al. en kort
daarna John B. Goodenough (Universiteit van Oxford) en Koichi
Mizushima (Tokyo University), demonstreerden een oplaadbare
lithiumcel met spanning in de 4 V-serie met behulp van lithium
kobaltdioxide (LiCoO2) als depositieve elektrode en lithiummetaal als
de negatieve elektrode. Deze innovatie leverde het positieve
elektrodemateriaal op dat vroege commerciële lithiumbatterijen
mogelijk maakte. LiCoO2 is een stabiel positief elektrodemateriaal dat
fungeert als donor van lithium-ionen, wat betekent dat het kan worden
gebruikt met een ander negatief elektrodemateriaal dan lithiummetaal.
Door het gebruik van stabiele en gemakkelijk te hanteren negatieve
elektrodematerialen mogelijk te maken, heeft LiCoO2 nieuwe
oplaadbare batterijsystemen ingeschakeld. Godshall et al. identificeerde
Figuur 20: Varta lithium-ion batterij, Museum Autovision, Altlussheim, Duitsland
Thian Van Meensel Robot spin 23
verder de vergelijkbare waarde van ternaire verbinding lithium-
overgang metaaloxiden zoals de spinel LiMn2O4, Li2MnO3, LiMnO2,
LiFeO2, LiFe5O8, en LiFe5O4 (en later lithium-koper-oxide en lithium-
nikkel-oxide kathode materialen in 1985)
1980 Rachid Yazami demonstreerde de omkeerbare elektrochemische
intercalatie van lithium in grafiet en vond de lithiumgrafietelektrode
(anode) uit. De organische elektrolyten die op dat moment beschikbaar
waren zouden tijdens het opladen ontleden met een grafietnegatieve
elektrode. Yazami gebruikte een vaste elektrolyt om aan te tonen dat
lithium via een elektrochemisch mechanisme in grafiet omkeerbaar kon
worden. Vanaf 2011 was Yazami's grafietelektrode de meest gebruikte
elektrode in commerciële lithium-ionbatterijen.
De negatieve elektrode heeft zijn oorsprong in het PAS (polyacenic
semigeleidend materiaal) dat ontdekt door Tokio Yamabe en later door
Shjzukuni Yata in de vroege jaren 1980. Het zaad van deze technologie
was de ontdekking van geleidende polymeren door professor Hideki
Shirakawa en zijn groep, en het kan ook worden gezien als zijnde
begonnen met de polyacetyleen lithium-ion batterij ontwikkeld door
Alan MacDiarmid en Alan J. Heeger et al.
1982 Het patent US4340652A werd aan Godshall et al toegekend voor het
gebruik van LiCoO2 als kathodes in lithium batterijen, dit patent was
gebaseerd op Godshall's Stanford University Ph.D. proefschrift en 1979
publicaties.
1983 Michael M. Thackeray, Peter Bruce, William David, en John
Goodenough ontwikkelden een mangaan spinel als een commercieel
relevant geladen kathode materiaal voor lithium-ion batterijen.
1985 Akira Yoshino assembleerde een prototype cel met koolstofhoudend
materiaal waarin lithium-ionen als de ene elektrode konden worden
ingebracht, en lithiumkobaltoxide (LiCoO2) als de andere elektrode. Dit
heeft de veiligheid drastisch verbeterd. LiCoO2 maakte industriële
productie mogelijk en maakte de commerciële lithium-ion batterij
mogelijk.
1989 Goodenough en Arumugam Manthiram toonden aan dat positieve
elektroden die polyanionen bevatten, bijvoorbeeld sulfaten, hogere
spanningen produceren dan oxiden als gevolg van het inductie-effect
van de polyanion.
Commercialisering en vooruitgang
Thian Van Meensel Robot spin 24
1991 Sony en Asahi Kasei brachten de eerste commerciële lithium-ion
batterij uit. Het Japanse team dat de technologie succesvol op de markt
bracht werd geleid door Yoshio Nishi.
1996 Akshaya Padhi, KS Nanjundawamy en Goodenough identificeerde
LiFePO4 (LFP) als een kathode materiaal.
1996 Goodenough, Akshaya Padhi en collega's stelden lithiumijzerfosfaat
(LiFePO4) en andere fosfo-olivines (lithiummetaalfosfaten met de
zelfde structuur als minerale olivien) als positieve elektrodematerialen
voor.
1998 C. S. Johnson, J. T. Vaughey, M. M. Thackeray, T. E. Bofinger, en S.
A. Hackney melden de ontdekking van de hoge capaciteit, hoge
spanning lithium-rijke NMC kathode materialen.
2001 Christopher Johnson, Michael Thackeray, Khalil Amine en Jaekook
Kim vragen een patent aan voor NMC lithium rijke kathoden op basis
van een domeinstructuur.
2001 Zhonghua Lu en Jeff Dahn vragen een patent aan voor de lithium
nikkel mangaan kobaltoxide (NMC), dit is een klasse van positieve
elektrode materialen. Deze verbeterd de veiligheid en energiedichtheid
ten opzichte van de veel gebruikte lithium kobalt oxide batterij.
2002 Yet-Ming Chiang en zijn groep aan het MIT toonden een aanzienlijke
verbetering in de prestaties van lithiumbatterijen door de geleidbaarheid
van het materiaal te stimuleren door het matteriaal in te smeren met
aluminium, niobium en zirkonium. Het exacte mechanisme dat de
stijging veroorzaakte werd het onderwerp van een uitgebreid debat.
2004 Yet-Ming Chiang verbeterde weer de prestaties door gebruik te maken
van lithium ijzer fosfaat deeltjes die een diameter van minder dan 100
nanometer hebben. Deze verminderde deeltjesdichtheid bijna een factor
van bijna 100, verhoogde het oppervlak van de positieve elektrode en
verbeterde capaciteit en prestaties. Commercialisering leidde tot een
snelle groei in de markt voor hogere capaciteit LIB's, evenals een patent
inbreuk strijd tussen Chiang en John Goodenough.
2005 Y Song, PY Zavalij, en M. Stanley Whittingham rappordeerde een
nieuwe twee-elektronen vanadium fosfaat kathode materiaal met een
hoge energiedichtheid.
Thian Van Meensel Robot spin 25
2011 De lithium nikkel mangaan kobaltoxide (NMC) kathodes ontwikkeld in
Argonne National Laboratory worden commercieel vervaardigd door
BASF in Ohio.
2011 Lithium-ion batterijen zijn goed voor 66% van alle draagbare
secundaire (dwz, oplaadbare) batterij verkoop in Japan.
2012 John Goodenough, Rachid Yazami en Akira Yoshino ontvingen in
2012 de IEEE Medal for Environmental and Safety Technologies voor
de ontwikkeling van de lithium-ion batterij.
2014 John Goodenough, Yoshio Nishi, Rachid Yazami en Akira Yoshino
kregen de Charles Stark Draper-prijs van de National Academy of
Engineering voor hun baanbrekende inspanningen op dit gebied.
2014 Commerciële batterijen van Amprius Corp. bereikten 650 Wh/L (een
toename van 20%), met behulp van een siliconen anode en werden
geleverd aan klanten.
2016 Koichi Mizushima en Akira Yoshino ontvingen de NIMS Award van
het National Institute for Materials Science, voor Mizushima's
ontdekking van het LiCoO2 kathodemateriaal voor de lithium-ion
batterij en Yoshino's ontwikkeling van de lithium-ion batterij.
2016 Z. Qi en Gary Koenig rapporteerden een schaalbare methode om
LiCoO2 ondermicrometer formaat te produceren met behulp van een op
sjablonen gebaseerde benadering.
2019 De Nobelprijs voor de Scheikunde ging naar John Goodenough,
Stanley Whittingham en Akira Yoshino "voor de ontwikkeling van
lithium-ionbatterijen".
Voordelen
1. Een hoge energiedichtheid.
2. Een lagen zelfontladings coëfficiënt.
3. Er is geen onderhoud nodig om prestaties te blijven behouden.
4. Een hogere celspanning (3.6V).
5. Er zijn veel verschillende type Li-ion batterijen.
Nadelen
1. Er is bescherming nodig tegen overladen en te hard ontladen.
2. De levensduur is beperkt (500-1000 laadonlaadingscycli).
Thian Van Meensel Robot spin 26
3. Veel vliegtuigmaatschappijen limiteren het aantal Li-ion batterijen
aanboord waardoor deze vooral met boten moeten getransporteerd
worden.
4. Een lithium ion batterij is vrij duur.
5. Ondanks dat deze technologie al voor een aantal jaar aanwezig is wordt ze
toch nog steeds ontwikkeld.
3.3.2.4 Nikkel metaalhybride (NiMH)
Figuur 21: Nikkel metaalhybride batterij
Opbouw
Het nikkel-metaal hydride paar leent zich voor de wondconstructie, die
vergelijkbaar is met constructie die gebruikt door cilindrische nikkel-cadmium,
Li-ion en primaire lithium batterijen. De basiscomponenten bestaan uit de
positieve en negatieve elektroden die door separatoren worden geïsoleerd. De
ingeklemde elektroden worden samen gewikkeld en in een metalen blikje
ingebracht dat na injectie van elektrolyt wordt verzegeld.
Nikkel-metaal hydride batterijen zijn meestal verzegelde ontwerpen met metalen
behuizingen en tops die elektrisch geïsoleerd van elkaar. De de behuizing dient
als de negatieve terminal voor de batterij, terwijl de top dient als de positieve
terminal. Afgewerkte batterij ontwerpen kunnen gebruik maken van een plastic
Thian Van Meensel Robot spin 27
isolerende wrap deze
wordt gekrompen over
de behuizing om voor
elektrische isolatie
tussen cellen in de
batterij te zorgen.
Nikkel-metaal hydride
batterijen bevatten een
hersluitbare
veiligheidsopening
ingebouwd in de top. De
nikkel-metaal hydride
batterij is zo ontworpen
dat de zuurstof
recombinatie cyclus
eerder beschreven is in
staat om gassen
gevormd tijdens overbelasting onder normale bedrijfsomstandigheden te
recombineren, waardoor de druk binnen de batterij terug in evenwicht komt.
Echter in gevallen van uitgebreide overlading of oncombineerbare batterij lader
combinaties is het mogelijk dat zuurstof en waterstof sneller zal worden
gegenereerd. In dergelijke gevallen zal de veiligheidsopening opengaan om de
druk te verminderen en te voorkomen dat de batterij scheurt. De
ventilatieopening wordt weer afgelost zodra de druk is genormaliseerd. De
uitzetting van gas via de hersluitbare vent kan elektrolyt dragen, die kristallen of
roest kan vormen eenmaal buiten het blik
Voordelen
1. Een NiMh batterij heeft minstens 30% procent meer capaciteit in
vergelijking met de standaard NiCd batterij.
2. Minder gevoelig voor geheugen dan NiCd - minder oefening cycli nodig
zijn.
3. Eenvoudige opslag en transport, het is niet onderworpen aan regelgevende
controle.
4. Nikkelgehalte maakt recycling winstgevend.
5. Niet giftig, daardoor is de batterij milieuvriendelijk.
6. Het heeft een breed temperatuurbereik.
Nadelen
1. Er is een complexer laadalgoritme nodig, de NiMH genereert meer
warmte tijdens het opladen en vereist een langere laadtijd dan de NiCd.
Figuur 22: Binnenkant nikkel metaalhybride batterij
Thian Van Meensel Robot spin 28
2. Hoge zelfontlading, dit is meestal 50% hoger dan NiCd. Maar nieuwe
chemische additieven verbeteren wel de zelfontlading.
3. Coulombic efficiëntie slechts ongeveer 65% t.o.v. 99% van een Li-ion.
4. Prestaties degradeeren wanneer de batterij wordt opgeslagen bij
verhoogde temperaturen.
5. Is zeer gevoelig voor overbelasting.
3.3.3Conclusie
Ik kies voor een Lithium-ion batterij omdat deze veel energie kan opslagen,
weinig weegt en veel stroom kan leveren.
Thian Van Meensel Robot spin 29
3.4 I/O-expander
3.4.1Conclusie
Ik heb de PCA9685 gekozen omdat het een van de weinigen is die ook PWM op
de output kan brengen.
3.4.2Specificaties
Figuur 24: Pinout PCA9685
- 12bit resolutie
- Gebruikt I²C
- Max 16 servo’s
Figuur 23: PCA9685
Thian Van Meensel Robot spin 30
3.5 Analoog digitaal converter
3.5.1Werking
De resolutie is waarschijnlijk de belangrijkste overweging
van een ADC de belangrijkste overweging. De resolutie is
het aantal bits dat de ADC terug geeft, hoe nauwkeurig de
ADC is. Bijvoorbeeld een ADC met een 10-bits uitvoer kan bijvoorbeeld tot
1024 (210) unieke omstandigheden voor signaalmeting vertegenwoordigen. Over
het meetbereik van 0% tot 100% zullen er precies 1024 unieke binaire getallen
worden uitgevoerd door de omzetter (van 0000000000 tot 1111111111, met
1111111111 en 0000000000 inclusief). Een 11-bit ADC heeft twee keer zoveel
toestanden naar zijn uitgang (2048 of 211), wat twee keer zoveel unieke
voorwaarden voor signaalmeting tussen 0% en 100 vertegenwoordigt. Resolutie
is erg belangrijk in data-acquisitiesystemen (circuits ontworpen om fysieke
metingen in elektronische vorm te interpreteren en vast te leggen). Stel dat we
de hoogte van water in een 40-voet hoge opslagtank meten met behulp van een
instrument met een 10-bit ADC. 0 voet water in de tank komt overeen met 0%
van de meting, terwijl 40 voet water in de tank overeenkomt met 100% van de
meting. Omdat de ADC is vastgesteld op 10 bits binaire gegevensuitvoer, wordt
elk tankniveau geïnterpreteerd als een van de 1024 mogelijke toestanden. Om te
bepalen hoeveel fysiek waterniveau in elke stap van de ADC wordt
weergegeven, moeten we de meetbreedte van 40 voet delen door het aantal
stappen in het bereik van 0 tot 1024, dat is 1023 (één minder dan 1024). Door dit
te doen, krijgen we een cijfer van 0,039101 voet per stap. Dit komt overeen met
0.46921 inch per stap, wat beetje minder dan een halve inch per stap is voor elke
binaire telling van de ADC. Dit is dan ook de kleinste verandering die de ADC
kan waarnemen.
Een andere belangrijke overweging van ADC-schakelingen is de
bemonsteringsfrequentie of conversiesnelheid. Dit is gewoon de snelheid
waarmee de converter een nieuw binair getal terug geeft aan de master. Net als
resolutie is deze overweging gekoppeld aan de specifieke toepassing van de
ADC. Als de ADC wordt gebruikt om langzaam veranderende signalen zoals
niveau in een wateropslagtank te meten, kan deze waarschijnlijk een zeer
langzame bemonsteringsfrequentie hebben en nog steeds voldoende presteren.
Omgekeerd, als het wordt gebruikt om een audiosignaal te digitaliseren dat
meerdere duizenden keren per seconde draait, moet de omzetter aanzienlijk
sneller zijn.
Figuur 25: MCP3008
Thian Van Meensel Robot spin 31
Figuur 26: Monsters nemen
3.5.2Opties
3.5.2.1 MCP3008
Figuur 27: MCP 3008
- Gebruikt SPI
- 10 bit resolutie
- 8 kanalen
- 200 kSPS
- Bij de goedkoopste ADC’s
3.5.2.2 MCP3208-CI/P
Figuur 28: MCP3208-CI/P
- Gebruikt SPI
- 12 bit resolutie
- 8 kanalen
Thian Van Meensel Robot spin 32
- 100 kSPS
- Duurder
3.5.2.3 ADS1115
Figuur 29: ADS1115
- Gebruikt I²C
- 16 bit resolutie
- 4 kanalen
- 860 SPS
- Duurder
3.5.3ADC type SAR SAR is de afkorting van Successive Approximation Register wat in het
nederlands
opeenvolgende benaderings register betekend
3.5.3.1 Werking SAR
Figuur 30: Werking sar verloop schema
De capacitieve DAC
Thian Van Meensel Robot spin 33
In een capacitieve DAC zitten N condensatoren voor N-bit resolutie met de
toevoeging van een tweede capacitor voor de minst belangrijke bit. Hieronder is
een voorbeeld van een capacitieve DAC:
Figuur 31: Capacitieve DAC
Voorbeeld van een capacitieve DAC:
Tijdens de acquisitie is de gemeenschappelijke aansluiting verbonden met aarde
door S11 te sluiten en laadt en ontlaadt de analoge ingang (Ain) de
condensatoren. De vasthoudmodus treedt op als de ingang wordt verbroken door
S1 te openen. S11 wordt vervolgens geopend en stuurt de gemeenschappelijke
terminal naar -Ain. Als S2 vervolgens wordt aangesloten op Vref, wordt een
spanning gelijk aan Vref / 2 toegevoegd aan -Ain. De beslissing over het meest
significante bit wordt hierna bepaald.
De maximale insteltijd van een capacitieve DAC wordt bepaald door de
insteltijd van het meest significante bit. Dit komt door het feit dat de grootste
verandering in de uitvoer van de DAC's optreedt vanwege dit meest significante
bit.
Het is vergeven als je denkt dat een 16-bit SAR ADC twee keer zo lang duurt
om de uitvoer te produceren dan een 8-bit SAR ADC vanwege het feit dat er
twee keer zoveel outputbits zijn. In werkelijkheid zou de insteltijd van de interne
DAC in de 16-bits SAR ADC veel langer duren dan de insteltijd van de 8-bits
versie. Als gevolg hiervan is de bemonsteringssnelheid van SAR ADC's met
hoge resolutie aanzienlijk lager in vergelijking met versies met lage resolutie.
De lineariteit van de totale ADC is afhankelijk van de lineariteit van de interne
DAC. Als gevolg hiervan is de ADC-resolutie, niet verrassend, beperkt door de
resolutie van de interne DAC.
De comparator
De comparator moet snel en accuraat zijn. Net zoals de DAC moet de
comparator een resolutie op zijn minst zo goed zijn als de SAR ADC. De ruis
Thian Van Meensel Robot spin 34
geassocieerd met de comparator moet minder zijn dan de minst belangrijke bit
van de SAR ADC
De sterkte punten van een SAR ADC zijn,
laag energie verbruik,
fysiek klein.
De zwakken punten van een SAR ADC zijn,
gelimiteerde resolutie door de limieten van de DAC of comparator,
de ADC wordt fysiek groter als het aantal bits toeneemt.
(Smith, 2015)
3.5.4Conclusie Ik kies voor de MCP 3008 omdat de ADC het SPI protocol gebuikt en 8 input
kanalen heeft, een hoog sample rate heeft en ook omdat een van de goedkoopste
8 pin ADC’s is.
Thian Van Meensel Robot spin 35
3.6 Afstand sensor
3.6.1Ultrasone sensor
Ultrasone sensoren zijn sensoren die werken met behulp van geluidsgolven op
frequenties hoger zijn dan waarneembaar voor het menselijk oor. Dit gaat om
golven met een frequentie hoger dan 18 kHz tot 200 kHz. In dergelijke sensoren
verzendt een transmitter een ultrasone golf. Door reflectie op een voorwerp of
materie ontstaat een echo van deze geluidsgolf. Door het tijdsinterval tussen het
verzenden en het ontvangen van de geluidsgolf te meten kan men afstanden
bepalen. Afhankelijk van de fysieke afstand tussen transmitter en receiver moet
men nog een meetkundige bewerking uitvoeren, zoals triangulatie, om de
correcte afstand te bekomen. Ook dient men rekening te houden met het medium
waarin de ultrasone golf wordt verzonden, zoals lucht of water. De ultrasone
golf verplaatst zich door elke medium met een verschillende snelheid. Bij lucht
bedraagt deze 340 m/s bij kamertemperatuur. Deze snelheid is ook afhankelijk
van de temperatuur. Naargelang de nauwkeurigheid van de gebruikte transmitter
en receiver kan men een ultrasone sensor gebruiken in vochtige, stoffige
ruimtes. Ook kan bij sommige toestellen een glazen of doorzichtige oppervlakte
gedetecteerd worden. Wel neemt de nauwkeurigheid in dergelijke situaties af.
Sponsachtige texturen, kleding en rubbers kunnen ernstige problemen geven
voor een ultrasoon sensor, door het hoge absorptievermogen van dit materiaal.
Voordelen
- Ultrasone sensoren zijn onafhankelijk van de kleur en optische reflectie
van een object
- Geen (kunstmatige) belichting nodig: ze werken ook in het donker
- Detectie van (onzichtbare) scheuren en barsten
- Eenvoudige en goedkope omvormers
- De snelheid waarmee de golf terugkomt is lineair met de afstand
Nadelen
- Kan niet gebruikt worden in ruimtes met een hoge dichtheid aan
voorwerpen, omdat de reflectie in dergelijke ruimtes niet meer correct is
- Kan niet gebruikt worden op voorwerpen met een te hoog
absorptievermogen, zoals sponzen, rubber en kleding
- Zonder temperatuurcompensatiesensor kan een ultrasone sensor niet
gebruikt worden bij zeer lage en hoge temperaturen omdat de snelheid
van de uitgezonden golf afhankelijk is van het temperatuur van het
gebruikte medium (deeltjesdichtheid). Ook is het gebruikte medium
belangrijk, door een houten balk gaat een ultrasone golf bijna niet door
terwijl door lucht deze wel goed door gaat.
Figuur 32: HC-SR04
Thian Van Meensel Robot spin 36
- Ultrasone sensoren zijn ook beïnvloedbaar door luchtvochtigheid,
luchtdruk en bepaalde deeltjes in de atmosfeer.
- Ze hebben een minimale meetafstand.
3.6.2Infrarood sensor
In infrarood sensor heeft een hele simpele werking, er zijn twee componenten:
een infrarood zender en een infrarood ontvanger. Eerst zend de infrarood zender
infrarood golven waarna de infrarood ontvanger deze ontvangt. De ontvanger
produceert een voltage overeenkomstig met het aantal infrarood licht dat terug
gestuurd is.
Voordelen
- Laag energie verbruik
- Werkt dag en nacht
- Kan ook zachte objecten detecteren zoals sponsen
- Is heel nauwkeurig
Nadelen
- Duur
- Bij sensor kan foute waardes weergeven bij zonlicht
3.6.3Opties
3.6.3.1 MB ULTRASONIC V3
Figuur 34: MB ultrasonic V3
Figuur 33: Werking infrarood sensor
Thian Van Meensel Robot spin 37
- Max meetafstand 4cm
- Max meethoek 15°
- Signaal van 40 kHz
- duur
3.6.3.2 HC-SR04
Figuur 35: HC-SR04
- Max meetafstand 400cm
- Max meethoek 15°
- Signaal van 40 kHz
- goedkoop
3.6.4Conclusie
Ik kies voor de ultrasone sensor (hc-sr04) omdat deze goedkoop is, niet
gehinderd wordt door veranderend licht en we hebben deze sensor ook al
gebruikt op school.
Thian Van Meensel Robot spin 38
3.7 Camera
3.7.1Werking
Een digitale camera of digitaal fototoestel is een camera
waarbij de beeldvorming niet op film maar door middel
van een lichtgevoelige sensor (Charge Coupled Device
= CCD of Complementary Metal Oxide Semiconductor =
CMOS) plaatsvindt en vervolgens digitaal wordt verwerkt en opgeslagen.
Recente ontwikkelingen in de techniek van de digitale camera zijn er de oorzaak
van dat film steeds minder wordt gebruikt. Een voordeel van een digitale camera
is onder andere dat er geen film in hoeft - een foto kost vrijwel niets extra tot je
besluit hem op papier af te drukken. Ook is het resultaat zeer snel te bekijken -
op het lcd-schermpje van de camera, op een computerscherm of een
printerafdruk. Ook zijn er tegenwoordig geheugenkaarten met zoveel capaciteit
dat er vele honderden tot duizenden foto's op een kaartje passen.
3.7.2Opties
3.7.2.1 Camera Module V2
- 5Mp
- 750P
- 1080p
- Heeft genoeg licht nodig
- Gemaakt door Raspberry foundation
- goedkoop
3.7.2.2 Camera V2 8MP IR
- 8Mp
- 1080P
- Kan s ’nachts ook werken (met infrarood)
- Gemaakt door Raspberry foundation
- duur
3.7.3Conclusie
Ik kies voor de camera die de Raspberry foundation maakt omdat deze direct
werkt, goedkoop is en een goede resolutie heeft.
Figuur 36: Camera
Thian Van Meensel Robot spin 39
3.8 Led-strip
3.8.1Werking
De led-strip kan data inlezen met het WS2812 protocol, hier heeft de led-strip
maar 1 data lijn voor nodig en natuurlijk een vcc en GND. Om met het WS2812
protocol een één te sturen moet je de data lijn 8µs hoog maken en dan 45µs laag
maken. Als je een nul wil sturen dan doe je het omgekeerde. Als je wil beginnen
met data te sturen naar je led-strip dan reset je hem eerst. Hierdoor wacht de led-
strip op een rgb waarde (rgb staat voor rood groen blauw). Wanneer de eerste
led data binnen krijgt kijkt hij maar naar de eerste 24 bits, de rest stuurt hij door
naar de volgende leds. De 24 bits die de led nu heeft bijgehouden is
onderverdeeld in 8 bits voor rood, 8 voor groen en 8 voor blauw. Deze 8 bits
zijn een waarde van 0 tot 255, nul betekent dat de led voor 0% aan is en 255
betekent dat de led voor 100% aan is. Als het niet 0 of 100% is dan wordt er
door de led een PWM signaal berekent om de waarde er tussen te kunnen
bereiken.
3.8.1.1 Led
Led komt van het Engels light emitting diode in het Nederlands licht uitstralende
diode. Een led is een elektronische halfgeleidercomponent opgebouwd als een
diode, als de led stroom doorlaat staalt het licht uit. Dit kan zichtbaar licht in
diverse kleuren zijn maar ook infraroodstraling of ultraviolet straling. De led is
uitgevonden in 1962 aanvankelijk werd het alleen gebruikt als indicatorlampje
of voor signaalopdracht. Als gevolg van technologische verbetering is de
lichtopbrengst toegenomen en aan het eind van de jaren 1990 konden leds
geproduceerd worden als lichtbronnen voor gewoon dagelijks gebruik. Meestal
is een led ingebouwd in een kleine doorzichtige behuizing van een paar
millimeter groot, die tevens als lens fungeert.
Thian Van Meensel Robot spin 40
Figuur 37: Delen van led
Onderdelen van de led:
1. Epoxiharslens (behuizing)
2. Draadverbinding
3. Reflector
4. Halfgeleiderkristal
5. Aambeeld
6. Ondersteuning
7. Frame
8. Afgeplatte zijde (aanduiding kathode)
A. Anode (positieve zijde)
B. Kathode (negatieve zijde)
De halfgeleider van een led heeft een negatieve en positieve zijde. De negatieve
zijde heeft extra elektronen en wordt ook wel N-type materiaal of valentieband
genoemd. De positieve zijde heeft extra positief geladen deeltjes en wordt P-
type materiaal of geleidingsband genoemd. Door de interactie tussen deze zijden
ontstaat er een 'verboden zone' in het midden van de diode. Deze zone geleidt
geen elektriciteit. Wanneer de negatieve kant van een spanningsbron wordt
aangesloten op het N-type materiaal en de positieve kant aan het P-type
materiaal, beginnen de negatieve elektronen en positieve deeltjes naar elkaar toe
te bewegen. De 'verboden zone' in het midden wordt kleiner en verdwijnt.
Wanneer een negatief elektron reageert met een positief deeltje, verliest deze
energie in de vorm van een foton. Deze fotonen vormen samen een lichtstraal.
Thian Van Meensel Robot spin 41
3.8.1.2 WS2812b
WS2812b is de meer energie efficiënte opvolger van WS2812. WS2812b
gebruikt het gegevensoverdracht protocol de enkele NZR communicatiemodus.
NZR is de afkorting van non-return-to-zero in het Engels. Na het resetten van de
pixels bij de eerste spanning ontvangt de DIN-poort gegevens van de controller,
de eerste pixel verzamelt de eerste 24bit gegevens en stuurt deze vervolgens
naar de interne latch, de andere gegevens worden opnieuw gevormd door het
interne signaal versterkingscircuit die het naar de volgende pixel stuurt door de
D0-poort.
3.8.2Keuze Ik kies voor een leds-strip met het WS2812 protocol omdat deze op 5 volt werkt
zoals de rest van het systeem waardoor de keuze voor de batterij makkelijker is.
Ook omdat dit een heel robuust systeem is en goedkoop is.
Thian Van Meensel Robot spin 42
4 Problemen
4.1 Stroom
Mijn servo’s verbruiken 2.5A max dus in het totaal 40A hierdoor is het nodig
om een stroom onderbreking in te voeren als er iets mis gaat. Hieronder vind je
het vereenvoudigde schema.
Doordat we de stroom gaan meten weten we wanneer we te veel stroom gaan
verbruiken en dus componenten gaan moeten afsluiten. Ik ga per twee servo’s
meten. Hierdoor kan ik ook weten of er een poot tegen iets aan zit en deze ook
weg sturen van het obstakel. Dit werkt natuurlijk samen met de ultrasone
sensoren die ook aan object detectie doen. Dit schema heeft ook een nadeel: als
de Raspberry Pi door een probleem uitvalt dan kunnen wij de servo’s niet meer
uit zetten maar dit gebeurd zo weinig dat we dit scenario in dit kleine project
kunnen negeren, industrieel zou dit niet mogelijk zijn. Hieronder vind je het
volledige schema.
Thian Van Meensel Robot spin 43
4.2 PCA9685
Wanneer ik met de PCA9685 meer dan drie servo’s aanstuur gaat er minstens
één ongecontroleerd draaien. Waaraan dit ligt weet ik niet maar dit probleem
hebben we omzeilt door alle servo’s aan te sturen met DMA PWM. DMA PWM
staat voor direct memory acces pulse width modulation. Je zou dit ook met
software PWM kunnen doen maar hierdoor zou onze CPU heel zowaar belast
worden omdat wij niet 1 maar 16 PWM signalen hebben. Een ander type PWM
is DMA PWM dit is ook aanwezig op de meeste ARM microcontrollers zoals de
Raspberry Pi. Elke implementatie heeft zijn eigen kenmerken. In het algemeen
maakt DMA het mogelijk een randapparatuur om het geheugen direct te
gebruiken zonder de noodzaak om de microprocessor kern register te gebruiken.
Dit is geweldig, bijvoorbeeld als een apparaat moet laden / opslaan brokken
geheugen. Een AD-converter (Analog Digital) kan bijvoorbeeld veel kanalen
samplen en vervolgens DMA gebruiken om de resultaten ergens anders in het
geheugen op te slaan. Hierdoor wordt de CPU gespaart wat heel goed voor mijn
project is.
Thian Van Meensel Robot spin 44
5 Protocollen
5.1 I2C
De I2C-bus vroeger noemde dit de IIC-bus (Inter-IC-bus). I2C is een synchrone
seriële bus, ontwikkeld voor datacommunicatie tussen microprocessoren en
andere IC's. De I2C-bus werd in 1979 door Philips ontwikkeld, in 1980
gepatenteerd als een betrouwbaar en goedkoop alternatief voor een reeks van
andere databussen die destijds werden toegepast in consumentenapparaten.
Sinds 2006 valt deze divisie van Philips onder de firma NXP, die dus ook de
verantwoordelijkheid draagt voor de I2C-standaard. Soms spreekt men van
Two-Wire Interface (TWI) maar dan bedoelt men meestal het I2C-protocol maar
dit is geen officiële naam.
Het I2C-systeem had aanvankelijk enkele nadelen, zoals een lage snelheid (100
kbit/sec) en een geringe storingszekerheid bij lange leidingen (in de praktijk
mag de totale lengte van de bus zeker niet langer dan 3 meter zijn), maar later is
de snelheid opgevoerd en zijn er speciale buffer-IC's ontwikkeld om de
leidinglengte van de bus te vergroten.
I2c heeft twee buslijnen: SDA (serial clock) en SCL (serial clock). Over de
SDA-lijn wordt de data verzonden en de clock wordt over de SCL-lijn
verzonden. Onderstaande afbeelding verduidelijkt hoe SCL en SDA
samenwerkt.
Figuur 38: I²C werking
Om te kunnen communiceren heeft het I²C protocol minstens één master nodig
en minstens één slave. De master heeft de controle over de I²C-bus en genereert
het kloksignaal, start bit en stop bit. De slaves communiceren alleen dan, nadat
de master daartoe een verzoek stuurt.
Communicatie op de I²C-bus:
1. De master stuurt een start bit deze bestaat uit een hoog-naar-laagsignaal
op de SDA-lijn(flankgestuurd) terwijl de SCL-lijn hoog is.
Thian Van Meensel Robot spin 45
2. Vervolgens stuurt de master een adres plus een read/writebit over de I2C-
lijn. De read/writebit geeft aan of de master data wil versturen of wil
ontvangen.
3. De slave die het aangeroepen adres heeft, zal dan reageren met een
'acknowledge', zodat de master weet dat het aangeroepen IC actief is.
Een acknowledge of een 'bevestiging' betekent dat de master na het
verzenden van het laatste databit de SDA-lijn loslaat waardoor deze lijn
omhoog getrokken wordt en dat de master dan nog 1 extra klokpuls
verzendt waarbij voorafgaand aan het omhooggaan van de SCL-lijn de
slave als bevestiging van goede ontvangst van de data de SDA-lijn
omlaag trekt en weer loslaat nadat de SCL-lijn weer laag is geworden. Bij
het verzenden van bijvoorbeeld 1 byte bestaande uit 8 bits zal de master
dus 9 klokpulsen op de SCL-lijn uitzenden.
4. Er wordt één byte per keer verzonden plus een 'acknowledge' van de
ontvanger om te bevestigen dat de data zijn ontvangen. Nadat de data zijn
verstuurd, zal de master de stopbit verzenden: een laag-naar-hoogsignaal
op de SDA-lijn (flankgestuurd), terwijl de SCL-lijn hoog is.
5. Om goed te kunnen werken is het verstandig de beide buslijnen hoog te
houden door een pull-upweerstand. De waarde van de weerstand is
afhankelijk van de spanning op de bus (bij 3,3 V systemen tussen
ongeveer 1,8 kΩ en 2,7 kΩ, maar bij 5V meestal 4,7 kΩ). Dit is ook
afhankelijk van de snelheid waarmee men de bus wil laten werken.
Voordelen
• Lage kostprijs.
• Eenvoudige bedrading (2 signaallijnen).
• Uitgebreid gamma van IC's met de I2C-interface.
• Robuuste bouw.
• Langzame perifere chips kunnen wachtcycli afdwingen.
• Geïntegreerde multi master mogelijkheid, dat wil zeggen meerdere
microcontrollers (masters) kunnen dezelfde bus gebruiken en zelfs
onderling communiceren.
Nadelen
• Als er één aangesloten chip (IC) niet goed functioneert in de I2C -bus, kan
dit de hele lijn van I2C blokkeren, zodat er helemaal geen communicatie
meer op de I2C-lijnen kan plaatsvinden.
• I2C wordt traag bij grotere hoeveelheden data.
Thian Van Meensel Robot spin 46
5.2 SPI
Serial Peripheral Interface (SPI) is een synchrone seriële datalink tussen ten
minste twee IC’s. Er is in eerste instantie sprake van één master en één slave. De
communicatie tussen de master en de slave gebeurt te allen tijde in full duplex.
De start van de communicatie gebeurt door de masterchip. Het is mogelijk om
meerdere slaves te hebben, maar ze moeten dan ieder een aparte chipselect
hebben. Er zijn altijd vier verbindingen voor communicatie nodig. Daarom
spreken we van een four-wire serial bus.
Benaming:
• SCLK: Seriële Clock, wordt
geleverd door de master
• MOSI: Master Out Slave In, op
deze lijn wordt er data verzonden
van de output van de master naar
de input van de slave.
• MISO: Master In Slave Out, op deze lijn wordt er data verzonden van de
output van de slave naar de input van de master.
• SS of CS: Slave Select of Chip Select, deze lijn wordt actief laag
aangestuurd. De lijn voor de geselecteerde slave zal laag zijn. Wanneer de
communicatie met de slave gedaan is, zal de lijn een logische 1 krijgen.
De communicatie start met het selecteren van een juiste kloksnelheid. Deze
snelheid kan behoorlijk variëren van 1 MHz tot 100 MHz. De snelheid moet
binnen het bereik van de master en de slave liggen. Het is mogelijk dat de
master tegen grotere snelheid kan werken dan de slave en omgekeerd.
Vervolgens zal op de juiste Slave Select (SS) lijn een logische 0 gestuurd
worden. Als er maar 1 chip (slave) is kan men deze lijn permanent op 0 houden.
Het is mogelijk dat de chip pas werkt wanneer hij een edge (van hoog naar laag)
detecteert. In dit geval mogen we de lijn niet op een logische 0 houden. Deze
slave select hangt zeer nauw samen met het sturen van de klokpulsen. Sommige
chips hebben een wachtperiode nodig vooraleer je de klokpulsen naar de slave
mag sturen zoals een dac (digital analog converter) of adc (analog digital
converter). Vervolgens zal er per klokcyclus een volledig duplex signaal
doorgestuurd worden. Namelijk zowel de master als de slave zullen een bit
doorsturen. De master zal over de MOSI lijn sturen en de slave zal van deze lijn
aflezen. Het omgekeerde zal op de MISO lijn gebeuren. De slave zal data sturen
en de master zal van deze lijn aflezen. In vele gevallen wordt er gebruikgemaakt
van shift registers. Meestal is de registergrootte 8 bits en wordt de least
significant bit eerst gestuurd maar dit is niet altijd het geval. Bij de MS5607-
Figuur 39: Verbinding spi master en slave
Thian Van Meensel Robot spin 47
02BA01 Micro Altimeter Module, met LCP cap wordt een register van 24 bits
gebruikt en de most significant bit eerste gestuurd. Wanneer het complete
register is doorgestuurd wordt de data verwerkt. Dit kan inhouden dat de data
weggeschreven wordt naar het geheugen. Wanneer er meer data verstuurd moet
worden zal de data ingeladen worden en beginnen we weer vanaf het begin.
Voordelen
• Full duplex.
• Snellere communicatie dan bijvoorbeeld de I²C-bus.
• Geen limiet aan woordgrootte.
• Eenvoudige hardware.
• Adressering niet nodig.
• Geen aparte oscillator voor slave
• Laag energieverbruik.
• Eén extra pin per slave.
• Kan zeer hoge kloksnelheden aan.
Nadelen
• Meer pinnen nodig dan bij I²C.
• Geen controle door de slave (master kan de klok vertragen, slave niet).
• Geen controle of er iets verbonden is.
• Maximaal één master.
• Geen foutcontrole.
• Gevoelig voor ruis.
Thian Van Meensel Robot spin 48
5.3 PWM
Puls breedte modulatie (PBM of PWM van het Engelse pulse-width modulation)
verder gebruiken we PWM omdat dit het meeste in de industrie gebruikt wordt.
PWM is een modulatietechniek waarbij in een vaste frequentie pulsen worden
uitgezonden waarvan de breedte gevarieerd wordt. PWM wordt veel gebruikt als
vorm van elektrische voeding of als manier van digitale informatieoverdracht.
Men stuurt een elektrisch signaal in de vorm van een blokgolf met een vaste
frequentie. De spanning is dus volledig ingeschakeld (1) of volledig
uitgeschakeld (0). Bij PBM wordt de arbeidscyclus van het signaal aangepast.
De arbeidscyclus is de verhouding van de tijd dat het signaal hoog (1) is tot de
periode van het signaal. Men beïnvloedt zo de gemiddelde waarde van het
signaal.
Figuur 40: PMW duty cycle
PWM kent vele toepassingen, een eenvoudig voorbeeld is de aansturing van een
led. Wanneer we de led aansturen met een PWM-signaal dan zal de led op hoge
snelheid aan- en uitschakelen. Wanneer de gebruikte frequentie hoog genoeg is
dan zal de traagheid van het oog ervoor zorgen dat het lijkt dat de led zachter
brandt.
Voorgaande voorbeeld haalt al aan dat de gebruikte frequentie van belang is. De
schakelfrequentie moet snel genoeg zijn zodat het schakelen geen merkbare
invloed heeft op de belasting. Deze schakelfrequentie kan variëren van enkele
keren schakelen per minuut bij een elektrisch fornuis, tot 100 Hz in een dimmer
voor gloeilampen, enkele kilohertz (kHz) bij motorsturingen en tien tot
honderden kHz in schakelende voedingen voor televisies en computersystemen.
Het grote voordeel van PWM als vermogensregeling is dat het vermogensverlies
over de schakelapparaten zeer klein is.
Thian Van Meensel Robot spin 49
6 Code
6.1 Besturingssysteem: Stretch
Als besturingssysteem gebruik ik Debian 9.0 ook wel gekend als Stretch. Dit is
een Linux gebaseerd os en de officiële versies worden gepubliceerd op deze
website www.debian.org/distrib/netinst. Debian is een os speciaal gemaakt voor
de Raspberry Pi en namaak Raspberry Pi’s. Ik heb voor dit besturingssysteem
gekozen omdat je kan hier je heel makkelijk een website kan op hosten ook zijn
er hier al veel programma’s voor geïnstalleerd zoals python en bovendien
gebruikte wij Debian ook tijdens het vak Embedded Linux.
6.2 Adafruit Python PCA9685
6.2.1Installatie
Adafruit Python PCA9685is een library voor python die je kan gebruiken voor
servo’s aan te sturen via een pca9685 die op I²C werkt. De Adafruit Python
PCA9685 library kan je vinden op
github.com/adafruit/Adafruit_Python_PCA9685/ je installeert deze library in
debian door de volgende code in je terminal in te typen: sudo apt-get install git build-essential python-dev.
6.2.2Code
Figuur 41: Code PCA9685
Thian Van Meensel Robot spin 50
Hieronder vind je de gebruikte variabelen:
• Servo_min is de minimale puls lengte dat je servo aan kan
• Servo_max is de maximale puls lengte dat je servo aan kan en is dus 180°
• STOP is gelijk aan 4096 dit is het signaal voor de PCA9685 om niets
meer te sturen
Om de servo aan te sturen moet je 3 gegevens mee sturen: welke servo je wil,
een nul en de gewenste hoek. Dit doe je met de functie pwm.set_pwm().
6.3 Ultrasone sensor
6.3.1Code
Figuur 42: Code ultrasone sensor
Dit is een functie waarin we de afstand tot een object gaan berekenen. Dit
gebeurt door een puls van 10 microseconden hierna starten we de tijd. Als we
een signaal terug krijgen dan stoppen we de tijd. Nu kunnen we de afstand gaan
berekenen door de starttijd van de stoptijd af te trekken. Deze uitkomst
vermenigvuldigen we met de 34300 (dit is de afstand dat geluid in cm op een
seconde aflegt. Omdat we heen en terug meten moeten we het verkregen getal
nog door twee delen.
6.4 Led-strip
6.4.1Installatie WS2812b De library voor de led-strip (ws281x) kan je vinden op: https://github.com/jgarff/rpi_ws281x.
Deze library kan je instaleren door in je terminal volgende code in te typen: sudo pip3 install rpi_ws281x.
6.4.2Code
Thian Van Meensel Robot spin 51
Figuur 43: Variabelen led-strip
Hieronder vind je de betekenis van de variabelen,
• LED_COUNT is het aantal leds in je led-strip
• LED_PIN is de pin waar je de data naar stuurt met PWM
• LED_FREQ_HZ dit is de frequentie die zal gebruikt worden voor de data
naar de leds te versturen
• LED_DMA dit is het direct acces memory channel die de library zal
gebruiken om het PWM signaal te genereren, je gebruikt best channel
0,1,2,3,5,6,7 niet want deze worden al door andere processen gebruikt.
• LED_BRIGHTNESS is de helderheid van je led
• LED_INVERT als dit True is dan worden alle waardes omgedraaid (een 1
wordt 0 en omgekeerd)
• LED_CHANNEL dit moet 1 zijn als je een van de volgende GPIO pinnen
wil gebruiken: 13, 19, 41, 45, of 53.
Figuur 44: Code led-strip
De led-strip aansturen is heel gemakkelijk met deze library, je roept de functie
aan en je geeft mee welke led aan moet en dan geef je de kleur mee. De kleur
kan je bepalen door in de functie de waardes van Red, Green en Blue aan te
passen van 0 tot 255.
Thian Van Meensel Robot spin 52
7 Printed circuit board
Om mijn GIP ordelijk te houden maak ik gebruik van een PCB. De PCB heb ik
getekend in Autodesk Eagle.
7.1 Schema
Figuur 45: Schema PCB
Figuur 46: Schema PCB power supply
Thian Van Meensel Robot spin 53
7.2 Praktisch
Figuur 47: PCB
Thian Van Meensel Robot spin 54
8 Vermogen berekening component stroom (max) in A vermogen (max) in W
Raspberry Pi 0.7 3.5
led strip 1.5 7.5
servo 48 336
I/O-expander 0.01 0.05
ADC 0.0005 0.0025
ultrasone sensor 0.144 0.57
camera 0.25 1.25
totaal: 50.6045 348.8725 Tabel 1: Vermogen tabel
Thian Van Meensel Robot spin 55
9 Prijslijst Component prijs per stuk prijs totaal
servo: DS3218 € 2.66 € 42.56
Raspberry Pi 3b+ € 36.17 € 36.17
ultrasone sensor: hc-sr04 € 1.00 € 8.00
servo armpjes € 1.02 € 8.16
camera: Camera Module V2 € 29.95 € 29.95
Verf € 2.99 € 17.94
i/o-expander: pca9685 € 17.95 € 17.95
adc: MCP3008 € 3.50 € 7.00
Led-strip € 9.34 € 9.34
IRL540 € 0.74 € 5.92
Totaal: € 182.99 Tabel 2: Prijslijst
Thian Van Meensel Robot spin 56
10 Besluit
Dit werk is een voorbeeld van een manier waarop je een robotspin kan maken.
Wanneer je dit zelf maakt raad ik aan om ook de pca9685 te gebruiken samen
met de bijhorende library want dit maakt het heel wat makkelijker om meerdere
servo’s aan te sturen.