Ανάπτυξη συστήματος δισδιάστατου αισθητήρα αφής
Development of a two-dimensional tactile sensor
Keywords
Αισθητήρες ; Αφή ; Ηλεκτρονική ; Arduino ; LabVIEW ; Αισθητήρες αφήςAbstract
Το αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη ενός δισδιάστατου αισθητήρα αφής με χρήση μικροελεγκτή και λογισμικού LabVIEW. Για τον σκοπό αυτό μελετήθηκαν αρκετές τεχνολογίες που είχαν ως κεντρικό θέμα τους δισδιάστατους αισθητήρες αφής, και από όλες τις τεχνολογίες που έχουν δοκιμαστεί πειραματικά, επιλέχθηκε η χρήση αισθητήρα θερμοκρασίας/αφής με πίνακα θερμίστορ. Για την αξιοποίηση των δεδομένων χρησιμοποιήθηκε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα ανάγνωσης που περιελάμβανε, αποκωδικοποιητή, πολυπλέκτη, τελεστικούς ενισχυτές, και διάφορες ωμικές αντιστάσεις. Μια σημαντική προσθήκη που δεν προϋπήρχε στην βιβλιογραφία που μελετήθηκε, είναι το κύκλωμα αντιστάθμισης που ο σκοπός ύπαρξης του είναι ο υπολογισμός της θερμοκρασίας περιβάλλοντος και η αντιστάθμιση της θερμοκρασίας στην επιφάνεια του αισθητήρα αφής. Για τον έλεγχο του ηλεκτρονικού κυκλώματος αλλά και για την συλλογή των δεδομένων από τον αισθητήρα, την επεξεργασία, και την αποθήκευση τους, χρησιμοποιήθηκε ο μικροελεγκτής AT mega328 της Atmel, δηλαδή ο μικροελεγκτής που βρίσκεται στην πολύ γνωστή αναπτυξιακή πλακέτα ARDUINO UNO μαζί με το λογισμικό ARDUINO IDE για τη δημιουργία, μεταγλώττιση, έλεγχο λαθών, και στη συνέχεια εκτέλεση του προγράμματος στον μικροελεγκτή. Επίσης, χρησιμοποιήθηκε το λογισμικό LabVIEW για τη δημιουργία μιας διεπαφής μεταξύ αισθητήρα και της οθόνης ενός ηλεκτρονικού υπολογιστή. Η πειραματική διαδικασία στην οποία χρησιμοποιήθηκε ένα θερμικό στοιχείο μικρού μεγέθους (μικροθερμαντήρας), περιελάμβανε την μέτρηση της διακριτικής ικανότητας του αισθητήρα, τον υπολογισμό της επίδρασης του μικροθερμαντήρα στην επιφάνεια του αισθητήρα, καθώς και τον υπολογισμό της θερμικής αδράνειας του αισθητήρα. Στα συμπεράσματα που προέκυψαν προκύπτει ότι ο συγκεκριμένος αισθητήρας λόγω της ευαισθησίας του και της ταχείας αντίδρασης του στα απτικά ερεθίσματα αποτελεί μια ιδανική επιλογή για τη κατασκευή αισθητήρα αφής συνδυάζοντας την οικονομία στα υλικά και την πολύ μικρή κατανάλωση λόγω της απλότητας του κυκλώματος ανάγνωσης.
Abstract
The subject of the dissertation is the development of a two-dimensional tactile sensor using a microcontroller and LabVIEW software. For this purpose, several technologies were studied regarding the two-dimensional tactile sensors, and from all the technologies that have been experimentally tested, the use of a temperature / tactile sensor with a thermistor panel was chosen. An electronic readout circuit was used to asquire and process the data, which incorporates a decoder, multiplexer, operational amplifiers, and various ohmic resistors. An important innovative addition, was the compensation circuit whose purpose is to calculate the ambient temperature and the temperature compensation on the surface of the tactile sensor. The controller ATmega328 from Atmel was used for the control of the electronic circuit but also for the collection of data from the sensor, as well as the processing, and the corresponding storage. The ATmega328 is the microcontroller located on the well-known ARDUINO UNO development board together with the ARDUINO IDE software which was used to create, compile, check for errors, and then run the implemented program. LabVIEW software was also used to create an interface between the sensor and the screen of a computer. The experimental procedure in which a small thermal element (microheater) was used focused on measuring the sensor resolution, calculating the effect of the microheater on the sensor surface, and calculating the thermal inertia of the sensor. In conclusion it appears that this sensor due to its sensitivity and rapid response to tactile stimuli is an ideal choice for the fabrication of a tactile sensor combining low cost and very low consumption due to the simplicity of the readout circuit.