樂(lè)高傳感器介紹：Kano推出DIY觸摸屏電腦套件，幫助孩子學(xué)習(xí)編碼

顏色傳感器
顏色傳感器是一種數(shù)字傳感器，它可以檢測(cè)到進(jìn)入傳感器表面小窗口的顏色或光強(qiáng)度。該傳感器可用于三種模式：顏色模式、反射光強(qiáng)度模式和環(huán)境光強(qiáng)度模式。
在顏色模式中，顏色傳感器可識(shí)別七種顏色－黑色、藍(lán)色、綠色、黃色、白色和棕色，加上無(wú)顏色。傳感器區(qū)別不同顏色的能力意味著您可對(duì)機(jī)器人編程來(lái)分類(lèi)彩色球或模塊，說(shuō)出各種檢測(cè)到的顏色，或見(jiàn)到紅色即停止動(dòng)作。
在反射光強(qiáng)度模式中，顏色傳感器測(cè)量從紅燈(即發(fā)光燈)反射回來(lái)的光強(qiáng)度。該傳感器測(cè)量范圍為0(極暗)到100(極亮)。這意味著您可對(duì)機(jī)器人編程，使其在一個(gè)白色表面上來(lái)回移動(dòng)，直到檢測(cè)到一條黑線或解釋顏色編碼識(shí)別卡。
在環(huán)境光強(qiáng)度模式中，該顏色傳感器測(cè)量從周?chē)h(huán)境進(jìn)入到窗口的光強(qiáng)度，如太陽(yáng)光或手電筒的光束。該傳感器測(cè)量范圍為0(極暗)到100(極亮)。這意味著您可對(duì)機(jī)器人編程來(lái)設(shè)定早間鬧鐘，或在燈滅時(shí)停止動(dòng)作。
該顏色傳感器采樣速率為每秒 1 kHz。
當(dāng)處于“顏色模式”或“反射光強(qiáng)度模式”時(shí)，為求最精確，傳感器必須角度正確、靠近但不接觸到正在檢測(cè)的物體表面。
■顏色傳感器介紹part one
■顏色傳感器介紹part two
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這些傳感器是配套他們家EV3機(jī)器人

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樂(lè)高傳感器介紹：樂(lè)高機(jī)器人---認(rèn)識(shí)傳感器

4.1簡(jiǎn)介

馬達(dá)通過(guò)齒輪和滑輪傳動(dòng)，可以讓你搭建的機(jī)器人動(dòng)起來(lái)，他們就如同是移動(dòng)機(jī)器人腿和手臂的肌肉。同時(shí)，你還可以使用傳感器來(lái)裝備你的機(jī)器人，它們就如同是機(jī)器人的眼睛、耳朵和手指。機(jī)器人套裝中包含兩種傳感器：觸動(dòng)傳感器（兩種）和光電傳感器。在此主要是描述它們的特性，對(duì)于其它的傳感器可以單獨(dú)購(gòu)買(mǎi)，如：角度傳感器和溫度傳感器。每一個(gè)設(shè)備都有其特定的作用，你將會(huì)因?yàn)樗鼈兊墓δ軓?qiáng)大和所能涉及的范圍之廣而感到驚訝。當(dāng)然也包括這種情況,可以用一種傳感器仿效另一種傳感器，以用來(lái)代替不能使用的傳感器。利用RCX上的紅外光電，使用一些小技巧，你可以把把你的光電傳感器變成一個(gè)雷達(dá)。
4.2觸動(dòng)傳感器

觸動(dòng)傳感器（圖4.1）的工作方式非常像是你家門(mén)鈴上的按鈕：當(dāng)它被按下時(shí)，電路接通，電流就會(huì)通過(guò)，RCX就能夠檢測(cè)到這個(gè)數(shù)據(jù)流，你的程序就會(huì)讀取觸動(dòng)傳感器的當(dāng)前狀態(tài)：開(kāi)或者關(guān)。

圖4.1 觸動(dòng)傳感器
如果閱讀了Constructopedia，并搭建了一些模型，你可能對(duì)傳感器的一般用途比較熟悉，如緩沖器。緩沖器是與周?chē)h(huán)境相互作用的一種簡(jiǎn)單方式，當(dāng)你的機(jī)器人遇到障礙物時(shí)，可以用它們來(lái)進(jìn)行檢測(cè)，并由此而改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

典型的緩沖器是一個(gè)重量較輕的可移動(dòng)裝置，事實(shí)上，當(dāng)它碰到障礙物時(shí)會(huì)把沖擊力傳遞給觸動(dòng)傳感器并使之關(guān)閉。你也可以發(fā)明出很多種緩沖器，但它們的外形應(yīng)該能夠反映機(jī)器人的外形，而且還能反映出環(huán)境中障礙物的外形。如圖4.2中所示一個(gè)非常簡(jiǎn)單的緩沖器，可以很容易發(fā)現(xiàn)墻壁，假如房間里有像椅子一樣等復(fù)雜障礙物，它的效果就不好了。在這種情況下，我們建議你通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。為機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)緩沖器，在房間的周?chē)x地板適當(dāng)高度的地方移動(dòng)它，檢查它是否能夠發(fā)現(xiàn)所有可能的碰撞點(diǎn)。如果你的緩沖結(jié)構(gòu)較大，當(dāng)它用最佳部位撞擊到障礙物并按下觸動(dòng)傳感器時(shí)，不要以為這就是正確的。圖例4.2是一個(gè)不太好的緩沖器，因?yàn)楫?dāng)碰撞發(fā)生時(shí)，它幾乎不能用橫軸的邊緣來(lái)關(guān)閉觸動(dòng)傳感器，說(shuō)它是一個(gè)不好的緩沖器是因?yàn)樗颜麄€(gè)碰撞產(chǎn)生的力直線傳輸給了傳感器，也就是說(shuō)，在機(jī)器人身上安裝一個(gè)非常穩(wěn)固的支架對(duì)傳感器的安裝是非常有必要的。

圖4.2簡(jiǎn)單的緩沖器

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)該嘗試不同的碰撞來(lái)看看緩沖器在各個(gè)位置是否能很好的工作。你可以編寫(xiě)一個(gè)無(wú)限循環(huán)的小程序，當(dāng)傳感器被按下時(shí)，發(fā)出一聲蜂鳴聲用來(lái)測(cè)試你的緩沖器。

談起緩沖器，人們往往會(huì)想到當(dāng)遇到障礙物時(shí)開(kāi)關(guān)會(huì)被按下。這樣說(shuō)似乎有點(diǎn)絕對(duì)，在發(fā)生碰撞的時(shí)候同樣可以松開(kāi)開(kāi)關(guān)。看一下圖4.3，橡膠皮筋可以使積木輕壓著傳感器，當(dāng)緩沖器的前面部分接觸到物體時(shí)，開(kāi)關(guān)就會(huì)被釋放。
圖4.3
平常壓下的緩沖器
實(shí)際上，推薦這種緩沖器有這樣幾個(gè)重要的原因：
l  沖擊力不可能直接傳遞給傳感器，傳感器與標(biāo)準(zhǔn)的樂(lè)高積木相比更容易受損壞，因此應(yīng)避免不必要的撞擊。
l    橡皮圈可以吸收撞擊力，這對(duì)你的傳感器和機(jī)器人來(lái)說(shuō)都會(huì)起到保護(hù)作用，當(dāng)你的機(jī)器人速度非常快，或者重量大，或者反應(yīng)比較慢，或者具備其中的一個(gè)因素時(shí)，這種保護(hù)作用顯得尤其重要。
緩沖器是一個(gè)非常重要的裝置，而且觸動(dòng)傳感器的應(yīng)用也非常廣泛。當(dāng)你想告之RCX一個(gè)事件發(fā)生時(shí)，你可以使用按鈕一樣人為的把它按下去。你能想象出類(lèi)似的情況嗎？事實(shí)上，有很多。比方說(shuō)，你可以按下銨鈕告訴RCX”現(xiàn)在讀取光電傳感器的值”，從而進(jìn)行讀取校準(zhǔn)（我們將在以后的部分進(jìn)行討論）。
另一個(gè)常用的作用就是把觸動(dòng)傳感器作為一個(gè)位置控制器來(lái)用。如圖4.4，機(jī)器人向前看時(shí)（圖
4.4b）就關(guān)閉了頭部（圖4.4a）的觸動(dòng)傳感器。通過(guò)編程可以在水平面上實(shí)時(shí)的控制頭部的旋轉(zhuǎn)（向左或向右），當(dāng)傳感器被按下時(shí)，機(jī)器人的頭部就能轉(zhuǎn)回到正確的位置，值的注意的是，我們?cè)谶@個(gè)例子中用到的凸齒輪在與觸動(dòng)傳感器相配合時(shí)是非常的有用，你可以讓軸通過(guò)三個(gè)十字孔個(gè)中的一個(gè)來(lái)選擇合適的距離去關(guān)閉觸動(dòng)傳感器。
圖4.4
用觸動(dòng)傳感器定位
在本書(shū)的第三部分我們還會(huì)介紹位置控制的其它一些應(yīng)用。事實(shí)上，在搭建你的機(jī)器人之前需要你去研究一些不同的方法。
我們?cè)倥e幾個(gè)事例來(lái)說(shuō)明傳感器的應(yīng)用
都能停下。首先你會(huì)想到在每一層安放一個(gè)觸動(dòng)傳感器，當(dāng)按下其中一個(gè)時(shí)，電梯室會(huì)在那一層停下。這是一個(gè)好方法，但這里有一個(gè)小問(wèn)題；你僅有兩個(gè)觸動(dòng)傳感器，對(duì)你來(lái)說(shuō)，一個(gè)電梯僅有二層不是非常實(shí)際，你可以再買(mǎi)一個(gè)觸動(dòng)傳感器，但這只能再加高一層,并沒(méi)有解決實(shí)質(zhì)性的問(wèn)題。此時(shí)，RCX的三個(gè)輸入端口已經(jīng)全部被占用。突然，你會(huì)想到一個(gè)辦法：為什么不把傳感器放在電梯廂上而不是外面呢？在電梯廂上固定一個(gè)傳感器，這樣只需一個(gè)傳感器就可以加高更多的樓層了。從最初的方案到現(xiàn)在更好的方案，兩個(gè)系統(tǒng)是完全相同的嗎？答案是否定的。首先，你需要決定廂的絕對(duì)位置，當(dāng)它在第二層時(shí)，你僅是可以知道它的相對(duì)位置。那么，你需要一個(gè)初始點(diǎn)，從起始點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算就可以推斷出廂的位置.或者程序運(yùn)行時(shí)，需要廂體在一個(gè)特定的位置，或者用第二個(gè)傳感器來(lái)探測(cè)一個(gè)特定的樓層。例如，在最底層放置一個(gè)傳感器，因此程序一開(kāi)始就降下電梯到最底層。那樣就可以計(jì)算出廂體的絕對(duì)位置了。

現(xiàn)在，電梯就能夠準(zhǔn)確的升降了。但你還有最后一個(gè)問(wèn)題需要解決：如何告訴你的電梯它應(yīng)該去哪一層呢？在每一樓層放置一個(gè)傳感器去提示電梯是不切合實(shí)際的。在RCX上只剩下一個(gè)輸入端口了。你要用這一個(gè)觸動(dòng)傳感器來(lái)做什么呢？你還可以采用以前的方法嗎？可以，你可以計(jì)算一個(gè)觸動(dòng)傳感器被按下的次數(shù)。比如說(shuō)，被按下三次表示是三樓，依次類(lèi)推。現(xiàn)在你就可以去搭建你的電梯了。
。假如你想搭建一個(gè)電梯。你希望電梯可以在任何一層
計(jì)算按下次數(shù)
下面這個(gè)例子是用偽代碼來(lái)編寫(xiě)的，一個(gè)代碼并不與實(shí)際編寫(xiě)語(yǔ)言相對(duì)應(yīng)，而是界于程序語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言之間。使用偽代碼編程在專(zhuān)業(yè)程序員中是一種非常普遍的做法。
計(jì)算觸動(dòng)傳感器被按下多少次需要一些小竊門(mén)。假如你寫(xiě)了一些簡(jiǎn)單的代碼，如下：
Counter=0
repeat

if   Sensor1 is on then

Counter  =   Counter +1
end if
end     repeat
當(dāng)你保持觸動(dòng)傳感器被按下很短的間隔內(nèi)，你的程序代碼就會(huì)在你的RCX上飛快的執(zhí)行。然而，在記錄下一個(gè)新的按下之前，需要松開(kāi)觸動(dòng)傳感器：
Counter  =0
repeat

if   Sensor1   is
on then

Counter=Counter+1

wait until   Sensor1   is off
end if
end repeat
現(xiàn)在，你編寫(xiě)的代碼正確地記錄了從斷開(kāi)到閉合的變化。在你的代碼中，有一個(gè)重要的特點(diǎn)需要介紹一下：當(dāng)它在一段時(shí)間內(nèi)接收不到觸動(dòng)信息時(shí)，你希望你的計(jì)數(shù)程序停止。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，你需要使用一個(gè)計(jì)時(shí)器用來(lái)測(cè)量上一次按下時(shí)間與最后一次時(shí)間的間隔：
Counter=0
interval=
reset Timer
repeat

if   Sensor1   is on then

Counter=Counter + 1
wait until Sensor1   is off

or until Timer if greater then Interval

reset Timer
end if
until Timer is greater then
Interval
假如你的時(shí)間間隔是兩秒。當(dāng)計(jì)數(shù)程序開(kāi)始時(shí)，計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器首先復(fù)位為0，然后開(kāi)始檢測(cè)傳感器的狀態(tài)。如果兩秒內(nèi)沒(méi)有按下觸動(dòng)傳感器，它仍將保持復(fù)位狀態(tài)，如果有觸動(dòng)傳感器被按下，此動(dòng)作將被記下并等待使用者釋放按鈕，計(jì)時(shí)器復(fù)位為零，在程序停止運(yùn)行之前，使用者可以在兩秒內(nèi)第二次按下觸動(dòng)傳感器。
4.3光電傳感器
用”看”來(lái)形容光電傳感器的功能有點(diǎn)夸大其辭。實(shí)際上它只是用來(lái)檢測(cè)光并測(cè)量其強(qiáng)度。盡管受到限制，但其應(yīng)用范圍仍比較廣。
圖4.5 光電傳感器
光電傳感器和觸動(dòng)傳感器的最大區(qū)別是，后者返回的是一些數(shù)值而不是單純的開(kāi)/關(guān)狀態(tài)。你所讀到的數(shù)值由光電傳感器在那個(gè)時(shí)候所檢測(cè)到的光強(qiáng)所決定。這些數(shù)值以0至100的百分?jǐn)?shù)的形式返回，光值越大，百分?jǐn)?shù)就越大。你可以用光電傳感器來(lái)做什么呢？你可以用它搭建一個(gè)由光電傳感器所驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人，我們稱(chēng)之為光的追隨者，它可以檢測(cè)周?chē)沫h(huán)境，找到一個(gè)強(qiáng)光源（或者是最亮的）并朝著它前進(jìn)。在一間足夠暗的房間里進(jìn)行，以免產(chǎn)生干擾，你也可以用手電筒來(lái)控制你的機(jī)器人。
檢測(cè)外部光源的功能是非常有趣的，但是或許你不能用它來(lái)做最令人驚奇的事情。我們介紹一下光電傳感器的另一個(gè)用途：它不但可以用來(lái)檢測(cè)光強(qiáng)，而且還可以自身發(fā)光。提供穩(wěn)定光源的是一個(gè)紅色的發(fā)光二極管，因此你可以用來(lái)測(cè)量反射光并傳給傳感器。
當(dāng)你用來(lái)測(cè)量反射光時(shí)，你必須去避免一些來(lái)自其它光源的干擾。需要注意的是光電傳感器對(duì)IR所發(fā)出的光也非常紅外光，如攝像機(jī)；或者是樂(lè)高紅外發(fā)射器。
敏感，像典型的遠(yuǎn)距離控制器發(fā)出的
設(shè)計(jì)與計(jì)劃
讀取周?chē)墓庵?br/>樂(lè)高光電傳感器并不適合于測(cè)量外部光源來(lái)說(shuō)，因?yàn)槠潇`敏度比較弱。紅色發(fā)光二極管所所發(fā)出的光太靠近檢光器以致于過(guò)多的影響了光值的讀取。如果你想測(cè)外部光源，你應(yīng)該考慮盡可能的去減少紅色發(fā)光二極管的影響。一個(gè)簡(jiǎn)單的辦法就是在光電傳感器的前部放一個(gè)1×2的單孔積木塊，.更多的行之有效的辦法需要你對(duì)光電傳感器有些細(xì)微的改動(dòng)。在Ralph
Hempel的網(wǎng)站中，他提到了如何對(duì)光電傳感器作修改，既不是永久的改變也不會(huì)損害你的光電傳感器。（見(jiàn)附錄A）
光在表面的反射率取決于許多因素，主要是表面的顏色，質(zhì)地和它距光源的遠(yuǎn)近。黑色物體的反射能力要弱于白色物體；黑色光滑表面的反射能力要強(qiáng)于黑色不光滑表面。另外，距離光電傳感器越遠(yuǎn)，光電傳感器所檢測(cè)到的反射光就會(huì)越少。
這些因素都是相互依賴(lài)的，通過(guò)光感讀取的值，并不能說(shuō)明是由哪個(gè)因素引起的。但你可以保持其它因素不便，而讓一個(gè)變化，這樣就可以通過(guò)讀取的數(shù)值來(lái)推斷出環(huán)境的一些變化。例如，如果你的光電傳感器經(jīng)常對(duì)著同一個(gè)物體，或者相同質(zhì)地和顏色的物體，你能夠用它去測(cè)出它的相對(duì)距離。另一方面，你可以把不同的物體放置在光電傳感器的前面，在恒定的距離內(nèi)分辨出它們的顏色。
4.3.1測(cè)量反射光值
為了舉例說(shuō)明測(cè)量反射光的原理，我們來(lái)做一個(gè)實(shí)驗(yàn)。拿一個(gè)RCX并打開(kāi)其電源，在任意一個(gè)輸入端口連接一個(gè)光電傳感器，在你的程序中正確的設(shè)置其端口（紅色發(fā)光二極管應(yīng)該發(fā)光）。準(zhǔn)備一間光線較暗的房間，RCX有個(gè)控制模式，可以實(shí)時(shí)查看光感讀取的值。按RCX上的VIEW鍵，當(dāng)小箭頭正確顯示在傳感器所接的輸入端口位置。在顯示屏上會(huì)顯示出讀取的光線值。接下去你把光感放到桌上，在桌上以一定間隔（0.5cm,1cm,1.5cm）并排放置不同顏色的積木塊,保證積木之間的間距相等。查看數(shù)據(jù)，得到的是不同顏色的積木反射的光值是不同的。
再進(jìn)行第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：將白色的積木快慢慢的移向光感，然后再慢慢的移開(kāi)，觀察顯示屏上的數(shù)據(jù)，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)光感與積木間的距離加大時(shí)數(shù)值將減小。我們的目的就是為了證明光感是不能同時(shí)判斷出距離和顏色的。我們重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)在你使用光感時(shí)盡量避免外界光線的干擾。
方法與技巧
理解原始值的概念
了解原始值是很關(guān)鍵的，對(duì)于熟練的使用機(jī)器人套裝并不是必須的。但從另一個(gè)方面講，它可以幫助你理解傳感器是如何工作的。
RCX把來(lái)自傳感器（不管是什么類(lèi)型）的電信號(hào)全部轉(zhuǎn)變成范圍在0至1023之間的數(shù)字信號(hào)，我們稱(chēng)之為原始數(shù)值。在程序中，你在一個(gè)端口上設(shè)置了一個(gè)特定的傳感器，RCX會(huì)自動(dòng)設(shè)定該傳感器的原始數(shù)值范圍，例如，從觸動(dòng)傳感器讀取的數(shù)值范圍是1或者0，代表開(kāi)或者關(guān)，當(dāng)從溫度傳感器讀取時(shí)就會(huì)轉(zhuǎn)變成攝氏溫度或華氏溫度。同樣地，光電傳感器讀取時(shí)就會(huì)通過(guò)下面的方程式轉(zhuǎn)換成一個(gè)百分?jǐn)?shù)：
百分?jǐn)?shù)=146-原始數(shù)值/7
為什么我們需要知道這種轉(zhuǎn)換呢？對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，通過(guò)RCX返回的光感值的百分?jǐn)?shù)形式更加有效，但也有這種情況，你需要所有光感變化值而百分?jǐn)?shù)形式卻不能體現(xiàn)出光感值的一些變化。我們用一個(gè)例子來(lái)做一下說(shuō)明。假設(shè)會(huì)有兩種不同的情形，光電傳感器讀取707和713兩個(gè)不同的數(shù)值。把這兩個(gè)數(shù)值轉(zhuǎn)換成百分?jǐn)?shù)，因?yàn)镽CX只使用整數(shù),需要將除的結(jié)果進(jìn)行圓整。
146-(707/7)=146-101=45
146-(713/7)=146-101=45
在第二個(gè)方程式中數(shù)值101實(shí)際上是101.857…，去掉小數(shù)部分為101.就看部不出兩個(gè)值是不同的。我們知道在大多情況下數(shù)值的小數(shù)部分是不重要的。但也會(huì)有其它情況需要用到這樣一個(gè)微小的變化的數(shù)據(jù)
如果你用LEGO圖形化的編程環(huán)境為RCX編寫(xiě)程序，你必須接受它的刻度值，否則無(wú)法處理原始數(shù)值。如果你選擇其它的編程語(yǔ)言，則可以直接處理沒(méi)有處理過(guò)的原始數(shù)值，在必須的時(shí)候，利用其優(yōu)勢(shì)，可能會(huì)有更好的解決方案。識(shí)別不同的顏色是光電傳感器一個(gè)非常普通的應(yīng)用。我們?cè)f(shuō)過(guò)，光電傳感器實(shí)際上并不是用來(lái)識(shí)別顏色的，而是用來(lái)讀取反射光值。因此，它很難把黑色和藍(lán)色的積木塊區(qū)別開(kāi)。但目前來(lái)說(shuō)，我們?nèi)哉f(shuō)它能識(shí)別顏色，在讀完之后您會(huì)明白真正的意思是什么。
4.3.2沿線走
目前，光電傳感器最普遍的使用方法就是用它搭建一個(gè)沿線走的機(jī)器人。
這個(gè)項(xiàng)目的設(shè)置是很簡(jiǎn)單的，這也是之所以流行的一個(gè)原因。盡管其外觀簡(jiǎn)單，這項(xiàng)工作仍需要引起足夠的重視，并需要你仔細(xì)設(shè)計(jì)和認(rèn)真編程。我們將在第二部分詳細(xì)的討論這個(gè)主題的細(xì)節(jié)內(nèi)容。當(dāng)光電傳感器在輕質(zhì)地面上讀取一條黑線時(shí)，你要注意有什么事情發(fā)生。

當(dāng)把光電傳感器放在地板上時(shí)，假設(shè)說(shuō)讀取的數(shù)值為百分之七十，黑線為百分之三十。如果你想讓機(jī)器人緩慢的從地板移動(dòng)到黑線或者是有污點(diǎn)的地方.你會(huì)注意到，數(shù)值不是從一個(gè)值突然跳到另一個(gè)值，而是會(huì)出現(xiàn)一系列的中間值。原因是光電傳感器不是讀取一個(gè)點(diǎn)，而是光電傳感器前部的一個(gè)小區(qū)域。所以當(dāng)光電傳感器穿過(guò)線的邊緣時(shí)，它所讀取的是地板和黑線的邊界值并返回一個(gè)中間值。
這個(gè)功能有用嗎？當(dāng)然，有時(shí)有用，有時(shí)沒(méi)有用。尤其當(dāng)我們涉及到沿線走時(shí)，它是有用的。實(shí)際上，你可以（或者說(shuō)應(yīng)該）編寫(xiě)一段程序讓你的機(jī)器人沿著邊界走而不是實(shí)際的黑線。這樣當(dāng)機(jī)器人需要改變它的行進(jìn)路線時(shí)，它知道往哪個(gè)方向轉(zhuǎn)身：如果所讀取的值太”暗”，它應(yīng)該向亮的區(qū)域前進(jìn)，或有污點(diǎn)的區(qū)域。
技巧與提示
校準(zhǔn)讀取值
有時(shí)，你并不能預(yù)先知道光電傳感器實(shí)際上所讀取的數(shù)值是多少。假如你要參加一個(gè)沿線走的比賽：你并不能確定你的傳感器所返回的地板和黑線的數(shù)值。在這種情況下，一般的習(xí)慣是，在你的程序中不寫(xiě)入預(yù)期的常數(shù)值是比較好的。但可以讓你的機(jī)器人通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)量程序來(lái)讀取這些數(shù)值。繼續(xù)我們沿線走的例子,你可以專(zhuān)設(shè)一個(gè)空的輸入端口用來(lái)接入一個(gè)觸動(dòng)傳感器，當(dāng)你把機(jī)器人放在地板上時(shí)手動(dòng)按下觸動(dòng)傳感器，然后再放在黑線上，因此它就可以保存下讀取到的最大值和最小值。或者你可以編寫(xiě)一個(gè)小的檢測(cè)程序，以取消那些限制。
當(dāng)你需要控制一個(gè)更復(fù)雜的區(qū)域時(shí),舉例來(lái)說(shuō)，區(qū)域包括三種不同的顏色，想象一個(gè)臺(tái)面被劃為白色，黑色和灰色三個(gè)不同顏色的區(qū)域。在白色和黑色之間的邊界上你如何能區(qū)別出灰色區(qū)域?
這時(shí)你不能只做一個(gè)簡(jiǎn)單的讀取，你必須深入考慮其它的因素,
像預(yù)先讀取,或者你可以使你的機(jī)器人在一個(gè)地方收集更多的數(shù)據(jù)并推斷它所在的位置。要處理這樣的情況，對(duì)軟件的要求就會(huì)變得更加復(fù)雜。
光電傳感器如同一個(gè)萬(wàn)能器，它有很多種使用方法。你可以在光電傳感器的前部放置一個(gè)彩色的可以移動(dòng)的樂(lè)高梁來(lái)搭建一個(gè)對(duì)者拉梁的上部時(shí)，光電傳感器就會(huì)讀取不同的光值。
圖4.6
用光電傳感器作一個(gè)模擬控制
光電傳感器與燈相結(jié)合（不包括在頭腦風(fēng)暴套裝中）可做成一個(gè)光電管（圖4.7）；當(dāng)有物體擋在光電傳感器和燈之間時(shí)，機(jī)器人就會(huì)察覺(jué)。值得注意的是，我們?cè)诠怆妭鞲衅鞯那懊娣胖昧艘粋€(gè)1×2的單孔梁，以減少來(lái)自周?chē)饩€的干擾。
圖4.7 光電管
4.3.3接近探測(cè)
你可以用光電傳感器做成一個(gè)雷達(dá)探測(cè)器用于檢測(cè)即將碰到的障礙物。這被稱(chēng)之為接近探測(cè)。這項(xiàng)技術(shù)所基于的特性我們已經(jīng)討論并探究過(guò)了，就是光電傳感器可以根據(jù)反射光線來(lái)測(cè)定相對(duì)距離。假如你的機(jī)器人要直線前進(jìn)，用一個(gè)光電傳感器為它在前面引路。假如你的機(jī)器人要在一個(gè)暗室里移動(dòng)，除了光電傳感器上的紅色發(fā)光二極管之外沒(méi)有任何的光源。在向前移動(dòng)的過(guò)程中，機(jī)器人連續(xù)不斷的讀取傳感器所檢測(cè)到的光值。如果讀取值趨向于迅速增大，就可以推斷出機(jī)器人正向著一個(gè)物體前進(jìn)。但不能推斷出障礙物的種類(lèi)及與障礙物之間的距離，如果房間內(nèi)沒(méi)有物體在移動(dòng)，你確信機(jī)器人正在接近障礙物。現(xiàn)在我們有了一套系統(tǒng)可以躲避障礙物而不是局限于碰撞以后再檢測(cè)它們。
注意：
RCX內(nèi)部的IR
LED發(fā)射的是不可見(jiàn)光，光電傳感器的紅色二極管發(fā)射的是可見(jiàn)光。

遺憾地是，當(dāng)房間內(nèi)有光源時(shí)，這項(xiàng)技術(shù)工作就有問(wèn)題了，原因是你的程序不能區(qū)別自身反射回的紅色光還外界環(huán)境光線。你需要在機(jī)器人身上有一個(gè)更明顯的獨(dú)立光源提供更高的參考。

令人欣慰的是，正好有一個(gè)！RCX內(nèi)部有一個(gè)IR
LED可以發(fā)射信息給紅外發(fā)射儀或是另一個(gè)RCX。用RCX內(nèi)部的IR
LED以比特的編碼形式發(fā)送信息可以被紅外發(fā)射器所接收到。關(guān)于信息的內(nèi)容我們并不關(guān)心；我們需要的僅僅是光。盡管紅外光對(duì)于肉眼來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，卻與可見(jiàn)光具有相同的性質(zhì)，LEGO光電傳感器對(duì)此卻非常敏感。

所以，現(xiàn)在你的程序有了使用接近探測(cè)的所有條件。發(fā)送一個(gè)IR信息并立即讀取光電傳感器的值.你最好把讀取的數(shù)值進(jìn)行一下平均處理，這樣可以把外部光源所導(dǎo)致的影響降至最低（我們將會(huì)第12節(jié)討論這個(gè)竅門(mén)）。如果你注意到在隨后的二組值中有顯著的增加，舉例來(lái)說(shuō)，百分之十，說(shuō)明你的機(jī)器人很有可能正朝著障礙物前進(jìn)。
4.4角度傳感器
我們將要研究的第三個(gè)樂(lè)高傳感器是角度傳感器（圖4.8）。遺可是機(jī)器人套裝中沒(méi)有包含該部件，它的多功能性?xún)H次于光電傳感器。在3801
Ultimate
Accessory套裝里面包含一個(gè)角度傳感器，還有一個(gè)觸動(dòng)傳感器，一個(gè)燈,遙控器和少量的其它附件。
圖4.8 角度傳感器
角度傳感器是如何工作的呢？
因?yàn)榻嵌葌鞲衅饔兴姆N不同的狀態(tài)，所以會(huì)返回四種不同的值。我們稱(chēng)之為A，B，C和D。對(duì)于每一次完整的旋轉(zhuǎn)，它經(jīng)過(guò)了四種狀態(tài)各四次—這也就是我們?yōu)槭裁匆檬鶃?lái)計(jì)數(shù)的原因。如果角度傳感器是順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，它會(huì)讀序列ABCD…，如果是逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，讀取的結(jié)果會(huì)是ADCBA…，RCX會(huì)時(shí)刻檢測(cè)傳感器，當(dāng)RCX檢測(cè)到狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，它不但可以推斷出角度傳感器已經(jīng)轉(zhuǎn)動(dòng)，而且還可以知道所旋轉(zhuǎn)的方向。舉例來(lái)說(shuō)，從A轉(zhuǎn)變到B，或從D轉(zhuǎn)變到A，計(jì)數(shù)器將增加一個(gè)單位，然而，從D到C，或者是從A到D，計(jì)數(shù)器將減少一個(gè)單位。
角度傳感器，顧名思義，是用來(lái)檢測(cè)角度的。它的身體中有一個(gè)孔，可以配合樂(lè)高的軸。當(dāng)連結(jié)到RCX上時(shí)，軸每轉(zhuǎn)過(guò)1/16圈，角度傳感器就會(huì)計(jì)數(shù)一次。往一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)增加，轉(zhuǎn)動(dòng)方向改變時(shí)，計(jì)數(shù)減少。計(jì)數(shù)與角度傳感器的初始位置有關(guān)。當(dāng)初始化角度傳感器時(shí)，它的計(jì)數(shù)值被設(shè)置為0，如果需要，你可以用編程把它重新復(fù)位。
通過(guò)計(jì)算旋轉(zhuǎn)的角度，你可以很容易的測(cè)出位置和速度。當(dāng)在機(jī)器人身上連接上輪子（或通過(guò)齒輪傳動(dòng)來(lái)移動(dòng)機(jī)器人）時(shí)，可以依據(jù)旋轉(zhuǎn)的角度和輪子圓周數(shù)來(lái)推斷機(jī)器人移動(dòng)的距離。然后就可以把距離轉(zhuǎn)換成速度，你也可以用它除以所用時(shí)間。實(shí)際上，計(jì)算距離的基本方程式為：
距離=速度×?xí)r間
由此可以得到：
速度=距離/時(shí)間
如果把角度傳感器連接到馬達(dá)和輪子之間的任何一根傳動(dòng)軸上，必須將正確的傳動(dòng)比算入所讀的數(shù)據(jù)。舉一個(gè)有關(guān)計(jì)算的例子。在你的機(jī)器人身上，馬達(dá)以3:1的傳動(dòng)比與主輪連接。角度傳感器直接連接在馬達(dá)上。所以它與主動(dòng)輪的傳動(dòng)比也是3:1。也就是說(shuō)，角度傳感器轉(zhuǎn)三周，主動(dòng)輪轉(zhuǎn)一周。角度傳感器每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)16個(gè)單位，所以16*3=48個(gè)增量相當(dāng)于主動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)一周。現(xiàn)在，我們需要知道齒輪的圓周來(lái)計(jì)算行進(jìn)距離。幸運(yùn)地是，每一個(gè)LEGO齒輪的輪胎上面都會(huì)標(biāo)有自身的直徑。我們選擇了體積最大的有軸的輪子，直徑是81.6CM(樂(lè)高使用的是公制單位)，因此它的周長(zhǎng)是81.6×π=81.6×3.14≈256.22CM。現(xiàn)在已知量都有了：齒輪的運(yùn)行距離由48除角度所記錄的增量然后再乘以256。我們總結(jié)一下。稱(chēng)R為角度傳感器的分辨率（每旋轉(zhuǎn)一周計(jì)數(shù)值），G是角度傳感器和齒輪之間的傳動(dòng)比率。我們定義I為輪子旋轉(zhuǎn)一周角度傳感器的增量。即：
I=G×R
在例子中，G為3，對(duì)于樂(lè)高角度傳感器來(lái)說(shuō)，R一直為16.因此，我們可以得到：
I=3×16=48
每旋轉(zhuǎn)一次，齒輪所經(jīng)過(guò)的距離正是它的周長(zhǎng)C，應(yīng)用這個(gè)方程式，利用其直徑，你可以得出這個(gè)結(jié)論。
C=D×π
在我們的例子中：
C=81.6×3.14=256.22
最后一步是將傳感器所記錄的數(shù)據(jù)-S轉(zhuǎn)換成輪子運(yùn)動(dòng)的距離-T，使用下面等式：
T=S×C/I
如果光電傳感器讀取的數(shù)值為296，你可以計(jì)算出相應(yīng)的距離：
T=296×256.22/48=1580
距離（T）的單位與輪子直徑單位是相同的.
實(shí)際上，在程序不僅僅會(huì)用到乘法和除法的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還有更多的需要多留心（有關(guān)內(nèi)容我們將在第12章進(jìn)行進(jìn)一步的討論）。
使用角度傳感器來(lái)控制你的輪子可以間接的發(fā)現(xiàn)障礙物。原理非常簡(jiǎn)單：如果馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)，而齒輪不轉(zhuǎn)，說(shuō)明你的機(jī)器已經(jīng)被障礙物給擋住了。此技術(shù)使用起來(lái)非常簡(jiǎn)單，而且非常有效；唯一要求就是運(yùn)動(dòng)的輪子不能在地板上打滑（或者說(shuō)打滑次數(shù)太多），否則你將無(wú)法檢測(cè)到障礙物。如果是一個(gè)空轉(zhuǎn)的齒輪連接到馬達(dá)上就可以避免這個(gè)問(wèn)題，這個(gè)輪子不是由馬達(dá)驅(qū)動(dòng)而是通過(guò)裝置的運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)它:在驅(qū)動(dòng)輪旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，如果惰輪停止了，說(shuō)明你碰到障礙物了。
在許多情況下角度傳感器是非常有用的：控制手臂，頭部和其它可移動(dòng)部位的位置。值的注意的是，當(dāng)運(yùn)行速度太慢或太快時(shí)，RCX在精確的檢測(cè)和計(jì)數(shù)方面會(huì)受到影響。事實(shí)上，問(wèn)題并不是出在RCX身上，而是它的操作系統(tǒng)，如果速度超出了其指定范圍，RCX就會(huì)丟失一些數(shù)據(jù)。Steve
Baker用實(shí)驗(yàn)證明過(guò)，轉(zhuǎn)速在每分鐘50到300轉(zhuǎn)之間是一個(gè)比較合適的范圍，在此之內(nèi)不會(huì)有數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。然而，在低于12rpm或超過(guò)1400rm的范圍內(nèi)，就會(huì)有部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)丟失的問(wèn)題。而在12rpm至50rpm或者300rpm至1400rpm的范圍內(nèi)時(shí)，RCX也偶會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。

樂(lè)高傳感器介紹：給機(jī)器人感知世界的能力--傳感器的應(yīng)用介紹

給機(jī)器人感知世界的能力
——傳感器的應(yīng)用介紹
在創(chuàng)意機(jī)器人這個(gè)欄目中，我們相繼介紹了RCX（樂(lè)高機(jī)器人的大腦），ROBOLAB圖形化編程軟件（樂(lè)高機(jī)器人的編程語(yǔ)言）和樂(lè)高機(jī)器人套件（用來(lái)自己動(dòng)手制作機(jī)器人的器材）。利用它們我們已經(jīng)可以做出一個(gè)機(jī)器人，并通過(guò)編程來(lái)讓它完成一定的任務(wù)。
可是，我們的機(jī)器人還不完整，它現(xiàn)在的智能化程度很低，即使能夠完成任務(wù)，也是極為簡(jiǎn)單的。因?yàn)樗鼪](méi)有“感覺(jué)”，它不知道外界的情況，只能盲目去做一些事情。現(xiàn)在，我們就將給機(jī)器人加上傳感器，讓它具有各種各樣的感覺(jué)，讓機(jī)器人可以從外界獲取信息，這樣我們就能夠讓機(jī)器人更加的智能化。
我們?nèi)祟?lèi)只有視覺(jué)、嗅覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)、味覺(jué)這五種感官，而在這方面機(jī)器人要比我們?nèi)祟?lèi)強(qiáng)的得多。就以樂(lè)高機(jī)器人為例，常用就有光電傳感器、觸動(dòng)傳感器、角度傳感器和溫度傳感器四種。另外還有十多種可供選擇的工業(yè)傳感器，例如空氣壓力傳感器，PH值傳感器、電壓傳感器、電流傳感器、聲音傳感器等等。
現(xiàn)在我們就分別介紹一下樂(lè)高常用的四種傳感器：

圖1觸動(dòng)傳感器
1、   觸動(dòng)傳感器（簡(jiǎn)稱(chēng)觸感）
觸感簡(jiǎn)單的說(shuō)就是充當(dāng)機(jī)器人觸覺(jué)的傳感器。當(dāng)它前端的黃色突點(diǎn)被壓下去，它就會(huì)生效，反饋給RCX（樂(lè)高機(jī)器人的大腦）的信號(hào)就會(huì)發(fā)生改變。這樣，機(jī)器人就會(huì)知道有物體碰到了觸感。當(dāng)黃色的突點(diǎn)被松開(kāi)，傳感器反饋給RCX的信號(hào)又會(huì)改變成初始狀態(tài)的值。知道了觸感的工作原理，我們就可以使我們的機(jī)器人更加“聰明”。例如，我們制作一輛在左右兩側(cè)都裝有一個(gè)觸感的自動(dòng)規(guī)避障礙的小車(chē)，當(dāng)左側(cè)的觸感被壓下，RCX就會(huì)知道這一情況，那么就可以根據(jù)程序的設(shè)定讓機(jī)器人向右轉(zhuǎn)彎以避開(kāi)障礙；同樣的道理右側(cè)觸感被壓下就向左轉(zhuǎn)彎。因此小車(chē)就可以自動(dòng)規(guī)避障礙了。

圖2 光電傳感器
2、   光電傳感器（簡(jiǎn)稱(chēng)光感）
我們注意到光感的前面有兩個(gè)二極管，其中一個(gè)是一個(gè)發(fā)光二極管，起發(fā)射的作用；另一個(gè)起接收的作用（接收從物體表面反射回來(lái)的光）。所以確切的說(shuō)樂(lè)高的光感是一種對(duì)反射光線強(qiáng)度做出反饋的傳感器。它與觸感有很大的不同，觸感只有兩種反饋值（0，1），而光感的反饋值是連續(xù)的，經(jīng)過(guò)RCX的處理后在反饋值在0~100之間。物體表面的反射率越低（越暗越粗糙），那么光感探測(cè)時(shí)的反饋值就越接近于0；物體表面的反射率越高（越亮越光滑），那么光感探測(cè)時(shí)的反饋值就越接近于100。因此，給機(jī)器人安裝上光感后，機(jī)器人就可以識(shí)別物體表面的情況。假如我們?cè)诘孛嫔袭?huà)出一條與地面的反射率有區(qū)別的軌跡，那么就可以讓機(jī)器人沿著軌跡前進(jìn)了。

圖3角度傳感器
3、   角度傳感器
角度傳感器上有一個(gè)十字形的孔，這個(gè)孔的大小恰好可以和樂(lè)高的軸進(jìn)行匹配。它的功能也就是用來(lái)測(cè)量軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度或者圈數(shù)，但是由于它的精度是22.5度（1/16圈），所以在實(shí)際應(yīng)用中多是用來(lái)測(cè)量軸的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。假如我們知道與輪胎相連的軸轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)，那么我們也就能夠知道機(jī)器人運(yùn)動(dòng)的距離了。
 圖4溫度傳感器
4、   溫度傳感器
溫度傳感器的功能就比較簡(jiǎn)單了，它就是用來(lái)測(cè)量溫度的。唯一要注意的是它上面實(shí)際用來(lái)測(cè)量的部位——金屬探頭。它的測(cè)量范圍是-20度~50度。

這些就是四種常用的樂(lè)高傳感器的基本情況，至于其它的傳感器，我們將在以后逐步介紹。以上這四種傳感器其實(shí)是比較簡(jiǎn)單的，但同時(shí)它們也是比較重要的。一般情況下，我們的機(jī)器人只要使用這四種傳感器，就可以獲得很多的外界信息了，就可以完成一些比較復(fù)雜的任務(wù)了。