Электронный протоглаз на микроконтроллере v.1

    Здравствуй, Сообщество! Статья — классический «велосипед», но для начинающих в электронике и робототехнике может быть интересна.

    Как известно, самую мелкую и простую робототехнику собирают сейчас на микроконтроллерах типа Atmega или STM. Здесь в статье я принципиально не беру уровень мини-компьютеров типа Raspberry.

    В робототехнике, кроме движений, бывает необходимо делать хотя бы оценку окружающего пространства. Так вот — оптического растрового датчика для простых МК мне не попадалось. Популярный «датчик линии» — это не то. Поиск по Гиктаймсу и аналогичным ресурсам дал ссылки на видеокамеры, но они слишком быстрые для простых МК и одну статью про использование 8 шт. светодиодов в качестве фотодиодов.

    image

    Поэтому родилась идея сделать примитивный растровый датчик — протоглаз, по аналогии с первыми живыми организмами. Всё, что написано далее, мной делалось только для собственного развлечения, с минимальными затратами и практического применения не предполагалось. Пусть и снова велосипед, но с уважением к Нипкову и отцам механического телевидения.
    Подробности под катом…

    В распоряжении был один фототранзистор BPW85C. Логично, что из него можно сделать сканер-радар с фокусировкой света на фотодатчике.

    Вариант 1


    Для фокусировки можно использовать поворотное параболическое зеркало, а неподвижный фототранзистор разместить в фокусе. Зеркала у меня не было, но был плоский листочек жести. За 3 часа работы руками получилось зеркало размером в 10 копеек и почти параболической формы.


    Параболическое зеркало. Сложно фоткать зеркало))

    После сборки поворотной установки обнаружилось, что свет-то попадает не только с зеркала, а ещё со всех сторон. Датчик не закрыть экраном, так как закрывается и большая часть обзора. Пришлось отказаться.

    Вариант 2


    Для фокусировки использовать собирающую линзу, собрав аналог фотоаппарата.

    Линзы нужного диаметра (12 мм) не нашлось, пришлось тоже руками делать из компакт-диска (там пластик хороших оптических свойств). Да, это суровое детство, деревянные игрушки. Получилось, фокусировка приемлема, фокусное пятно даже меньше чем кристалл фототранзистора.

    Вид на линзу

    Поворотная установка – на миниатюрном 15мм шаговом двигателе. Ременная понижающая передача из той же серии – «из ничего». Угол поворота влево-вправо примерно 45°.

    Общий вид

    Шаговым двигателем через драйвер A4988 управляет МК Amtega328P. Используется режим полушага, и на каждый полушаг происходит считывание сигнала с АЦП МК. До АЦП стоит ещё усилитель на транзисторе, ибо сигнал фототранзистора слабоват. Полученные данные без обработки сразу передаются по RS-232 на компьютер. На компьютере уже строится диаграмма освещённости.

    Общий вид

    Итого: пока строчная развёртка. Разрешение 320 линий при считывании, реальное разрешение измерить сложно, на тесте с одним точечным источником света получилось 6 / 320, то есть примерно 53 линии на растр.

    Но это первая модель, вторая (для 2D) будет в следующей статье.

    Тесты:



    Тест на разное освещение. Зелёная диаграмма – уровень напряжения на АЦП, чёрно-белое изображение – результат преобразования сигнала, что «видит» МК.


    Тест одной точки. Реальное разрешение примерно 53 линии


    «Съёмка» трёх пальчиковых батареек на светлом фоне

    Скорость «видео» 4 кадра (цикла) в секунду и определяется возможностями ШД. Для гипотетического применения (?) в простейшем роботе – достаточно.

    Главное – видеосъёмка занимает мало ресурсов микроконтроллера, остаются возможности и для других действий и даже для распознавания изображения, при необходимости.

    Была ещё попытка сделать АРУ (автоэкспозиция), но коэффициент усиления оказался слишком нелинейным. На операционном усилителе сделать можно, в следующих версиях.

    Исходники:

    Архив с исходниками под CodeVisionAVR и приёмник на VBasic 6



    Александр

    Комментарии 10

      0
      Так вот — оптического растрового датчика для простых МК мне не попадалось.

      Поищите на ebay и aliexpress по слову «TSL1401».
        0
        Да, неплохая вещь, буду знать. и чувствительность интегральная. только дороже, чем VGA-камера.
        +2
        оптического растрового датчика для простых МК мне не попадалось

        ADNS2610 сенсор из дешевой оптической мышки. Широко распространен.
        Небольшая доработка линзы превращает его в камеру.
        разрешение конечно убогое 18x18 и частота максимум около 4 кадров в сек (0.214s — 0.218s на кадр)
        Но всяко лучше чем описанный вариант.
          0
          Сурово, очень сурово. Самодельные линзы, подшипники из куска проволоки. Хорошо хоть фототранзистор готовый.

          Растровый оптический датчик вы с вероятностью 99,99% держите в руках.
          С точки зрения оптических мышей
            +1
            Ну так а заголовок каков! Подумалось — «Протомолекула» — аж вздрогнул!
              0
              В мышке сенсор и DSP в одной микросхеме. Почитал даташит, можно вытянуть кадр. Вопрос в чувствительности, моя мышь зажигалку (а это сильный ИК источник) не видит.
              +1
              Делал практически такую же штуку)
              Вот такие картинки получались:
              image
              image
              Казалось бы игрушка, но за ней скрывается весьма перспективная технология.
                0
                Здорово, во второй версии растр получается очень похожий. Поиском ваше изделие не нашёл ранее.
                0
                Сурово. Прям детство вспомнилось, как из говна и палок подручных материалов собирали хоть что-то работающее. Разумеется, не столь сложное. =)
                А для чего такая штука нужна?
                  0
                  Спасибо) Ни для чего (при желании — машинное зрение, обнаружение предметов, препятствий, размеров предметов). Есть фирменные изделия лучше, а здесь фишка в минимальных затратах.

                Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                Самое читаемое