Távolságérzékelő szenzor megismerése összeállította: Giliczéné László Kókai Mária
lektorálta: Dr. Laczkó Gábor
A távolságszenzorral kapcsolatos kísérlet, megfigyelés és mérések célkitűzése: A diákok ismerjék meg az ultrahangos távolságérzékelő használatát. Szerezzenek jártasságot a kezelőszoftver használatában, ismerjék meg a beállítási lehetőségeket. A tanulók gyűjtsenek saját tapasztalatot az adott szenzorral mérhető tartomány határairól. Ismerjék meg a lehetséges alkalmazási területeket. Eszközszükséglet:
Számítógép, Lego Mindstorms Education EV3Student Edition szoftverrel Lego Mindstorms EV3 chiptégla Ultrahangos távolságérzékelő (45504) Lego adatkábel Kb. A/3-as méretű sík lemez, pl. a legó készlet dobozának teteje
A mérés, megfigyelés elméleti háttere
Az ultrahang az emberi fül számára nem hallható. A 20Hz frekvencia azt jelenti, hogy a hangforrás másodpercenként 20 rezgést végez.
Az ábra a szenzor működését mutatja. A szenzor nem folyamatosan bocsát ki ultrahangot, hanem kisebb, de egymást sűrűn követő „csomagok” formájában”.
Az ultrahangos távolságérzékelő a távolságot úgy határozza meg, hogy megméri azt az időt, amely alatt a hangszóró által kibocsátott hanghullám a tárgynak ütközik, és arról visszaverődve visszatér (ugyanúgy, mint a visszhang). Az ultrahang terjedési sebességének ismeretében a mért időtartamból a tárgy távolsága kiszámítható (e mennyiségek szorzatának fele). Kemény felületű tárgyak távolságát a szenzor pontosabban határozza meg, mint a puha felületűekét, mert az utóbbiak kevésbé verik vissza a hangot. Az EV3 szoftverkörnyezetben beállítható az ún. csendes mód, amelyben a szenzor nem bocsát ki ultrahangot, csupán figyeli, hogy van-e a környezetében ultrahangforrás.
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 1. oldal
Távolságérzékelő szenzor megismerése összeállította: Giliczéné László Kókai Mária
lektorálta: Dr. Laczkó Gábor
Eszközismertető EV3 chiptégla
Ultrahangos távolságérzékelő szenzor
A Lego Mindstorms Education EV3Student Edition szoftver használata: Indítsd el a szoftvert az asztalon található ikonra kattintva:
Indíts egy új mérést az ábra szerint:
A programablak jobb alsó sarkában kell csatlakoztatni a chiptéglát a számítógéphez.
Válaszd ki a listából a számítógépedhez tartozó A mérés indítása szintén a képernyő jobb alsó chiptéglát! részén történik. A képernyő alján, baloldalt láthatod az alapértelmezett beállításokat.
A mérés időtartama (Duration): 10 másodperc A mintavételezés gyakorisága (Rate): 10 minta másodpercenként A csatolt szenzort automatikusan felismeri, ez látszik a ’Sensor Setup’ mezőben.
Most az alapértelmezett beállítással dolgozunk, a későbbiekben itt tudod megváltoztatni az értékeket.
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 2. oldal
Távolságérzékelő szenzor megismerése összeállította: Giliczéné László Kókai Mária
lektorálta: Dr. Laczkó Gábor
Ha tárolni akarjuk a mért adatokat akkor a projektet menthetjük. Egy projekten belül több kísérlet (experiment) is végezhető, ezeket új lapon tudjuk tárolni. Egy kísérleten belül több mérés is rögzíthető. Alapértelmezés szerint ezeket a program egymásra helyezi (átlátszó grafikon rétegek formájában). A mérések láthatósága (szem ikonnal) egyenként állítható, ill. a felesleges mérések végelegesen eltávolíthatók (X). A grafikon vonalszíne is ugyanitt választható ki.
A kísérlethez kapcsolódó megfigyelések leírása Kapcsold a szenzort a Chiptégla 1-es portjára!
1. feladat Helyezd a chiptéglát az asztalra, és rögzítsd hozzá a szenzort úgy, hogy az felfelé nézzen. Csatlakoztasd a szenzort az 1-es portra! Szerezz tapasztalatokat a távolságérzékelő működéséről! Tarts egy tárgyat kb. 0,5 méterre a szenzor fölé, majd indítsd el a mérést a számítógépen.
Lassan mozgasd a tárgyat felfelé, és figyeld, hogy mi történik a grafikonon! Lassan mozgasd a tárgyat a szenzor felé, kb. 20 cm-re megközelítve azt. Mozgasd a tárgyat felfelé nagyon gyorsan, és figyeld, hogy mi történik!
2. feladat Milyen mennyiséget, milyen egységben mérünk a vízszintes tengelyen? ................................................................................................... a függőleges tengelyen?.................................................................................................
3. feladat Az 1. feladatban szerzett tapasztalataid alapján végezz olyan újabb mérést, amely alapján be tudod fejezni az alábbi mondatokat! Amikor lassan távolítom a tárgyat a szenzortól, akkor a grafikon......................................................... Amikor lassan közelítem a tárgyat a szenzorhoz, akkor a grafikon .......................................................
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 3. oldal
Távolságérzékelő szenzor megismerése összeállította: Giliczéné László Kókai Mária
lektorálta: Dr. Laczkó Gábor
Amikor gyorsan felemelem a tárgyat, akkor a grafikon abban különbözik a lassú felemelés grafikonjától, hogy: ................................................................................................................................ ................................................................................................................................................................
4. feladat Adj a projekthez egy újabb mérést! Ezt az aktuális kísérletet tartalmazó lap elnevezése melletti
+ jelre kattintva tehetjük
meg, a ’new experiment’ kiválasztásával. Indíts egy mérést, és mozgasd a tárgyat a szenzor előtt úgy, hogy a kirajzolódó grafikon hullámvonal legyen!
5. feladat Gyűjts tapasztalatot a szenzorral megfigyelhető tartomány méreteiről! Ehhez át kell méretezned a függőleges tengelyt. Állítsd be a legnagyobb mérhető távolságot 300-ra.
Válaszd ki a felső eszköztárról a pontanalízis funkciót!
A tengely átméretezése utáni grafikon ehhez
A pontanalízissel vizsgált grafikon.
hasonló
A függőleges, szürke vonal a kurzor segítségével vízsszintesen eltolható.
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 4. oldal
Távolságérzékelő szenzor megismerése összeállította: Giliczéné László Kókai Mária
lektorálta: Dr. Laczkó Gábor
Olvasd le azt a legnagyobb távolságot, amelyet a szenzor mérni képes! ............................................. Most ismét állítsd át a függőleges tengelyen megjeleníthető legnagyobb távolságot 10 cm-re! Közelítsd a tárgyat egészen a szenzorig, majd a pontanalízis segítségével olvasd le, hogy mekkora a legkisebb mérhető érték! ......................................................................................................................
Érdekességek: A távolságszenzort sok helyen alkalmazzák az iparban és az orvostudományban, néhányról részletesebben olvashatsz itt: http://tudasbazis.sulinet.hu/hu/termeszettudomanyok/fizika/intel-skoool-tartalomfizika/hullamok/a-hang-es-ultrahang-felhasznalasa Az ismeretek ellenőrzése: 1. 2. 3. 4. 5.
Az emberi fül érzékeli-e az ultrahangot? Mit mérhetünk az ultrahangos szenzorral? Milyen távolságtartományban működik jól az általad megismert szenzor? Hol használják a gyakorlatban a távolságérzékelést? Mi a pontanalízis lényege?
Felhasznált sza k irodalom: Kiss Róbert: A EV3 robotok programozásának az alapjai: http://download.ni.com/pub/branches/ee/2014/academic/kiss_robert_a_mindstorms_ev3_robotok_progra mozasanak_alapjai.pdf
A tanulói munkafüzet és a kapcsolódó tanári segédlet a Csongrádi TErmészetTUDOmányos Diáklaboratórium című, TÁMOP 3.1.3-11/2-2012-0037 számú projekt keretében készült. 5. oldal
