Simple Line Follower Vehicle Circuit χρησιμοποιώντας Op Amps

Δοκιμάστε Το Όργανο Μας Για Την Εξάλειψη Των Προβλημάτων





Το άρθρο εξηγεί ένα απλό κύκλωμα οχημάτων ακολουθίας γραμμής, επίσης γνωστό ως όχημα παρακολούθησης γραμμής, χρησιμοποιώντας μόνο μερικά ενισχυτές και μερικά άλλα εξαρτήματα, χωρίς τη χρήση σύνθετων Arduino ή μικροελεγκτών.

Τι είναι ένα όχημα Line Follower

Ένα όχημα ακολουθίας γραμμής είναι μια μορφή Automatic Guided Vehicle (AGV) που τρέχει ανιχνεύοντας μια λευκή γραμμή που έχει σχεδιαστεί ή ενσωματωθεί στο έδαφος. Το σήμα από τους ανιχνευτές δίνει εντολή στους μηχανοκίνητους τροχούς να περιστρέφονται και να ρυθμίζονται αυτόματα σύμφωνα με τη γραμμή, δίνοντας την εντύπωση ότι το όχημα ακολουθεί τη γραμμή. Εξ ου και ο ακόλουθος της γραμμής ονόματος.



Βασικά οι ανιχνευτές έχουν τη μορφή αντιστάσεις φωτογραφιών, όπως LDR ή ημιαγωγοί ανιχνευτές φωτός όπως δίοδοι φωτογραφιών ή τρανζίστορ φωτογραφιών .

Μερικά τέτοια ανιχνευτές φωτός χρησιμοποιούνται τα οποία ανιχνεύουν το ανακλώμενο φως από τη λευκή γραμμή και αλλάζουν ένα κύκλωμα τρανζίστορ ή συγκριτές που βασίζονται σε ενισχυτές, οι οποίοι με τη σειρά τους ελέγχουν τους κινητήρες τροχών του οχήματος σε ελιγμούς σύμφωνα με τις στροφές και τις καμπύλες της λευκής γραμμής στο έδαφος.



Χρήση Συγκριτών παραθύρων

Στο προτεινόμενο κύκλωμα οχημάτων ακολουθίας γραμμής, χρησιμοποιήσαμε μερικά συγκριτές op amp εμπλέκει τους κινητήρες στην πράξη εξισορρόπησης.

Οι ενισχυτές λειτουργούν ως παράθυρο διαμοιραστές . Όπως υποδηλώνει το όνομα, ένας συγκριτής παραθύρων συγκρίνει το σήμα εισόδου από τους ανιχνευτές με δύο αναφορές ακραίας τάσης που αποτελούν τα όρια «παραθύρου». Εφ 'όσον το επίπεδο σήματος εισόδου βρίσκεται σε αυτό το όριο αναφοράς «παραθύρου», η έξοδος και των δύο ενισχυτών διατηρεί υψηλή λογική στις εξόδους τους.

Ωστόσο, σε περίπτωση που το σήμα εισόδου τείνει να υπερβαίνει τα κατώφλια αναφοράς, η σχετική έξοδος ενισχυτή γίνεται χαμηλή, με αποτέλεσμα αντίθετες εξόδους από τους ενισχυτές. Αυτή η ανισορροπία ωθεί τις συσκευές εξόδου να διορθώσουν την κατάσταση αλλάζοντας κατάλληλα τα φορτία.

Πώς λειτουργεί το κύκλωμα

Αναφερόμενος στο διάγραμμα κυκλώματος του οχήματος ακολουθίας γραμμής παρακάτω, μπορούμε να δούμε δύο ενισχυτές που έχουν διαμορφωθεί ως διαχωριστές παραθύρων.

Οι ενισχυτές μπορούν να προέρχονται από το IC LM358 ή το LM324

Το άνω op amp είναι ενσύρματο για να ελέγχει το ανώτερο όριο, ενώ το κάτω op amp είναι συνδεδεμένο για να ελέγχει το κατώτερο όριο.

Η αντίστροφη είσοδος του op amp A1 και η μη αναστρέψιμη είσοδος του op amp A2 στερεώνονται με σταθερή τάση αναφοράς

Η μη αναστρέψιμη είσοδος του op amp A1 και η αντίστροφη είσοδος του op amp A2 συνδέονται μεταξύ τους και χρησιμοποιούνται για την ανίχνευση των παραλλαγών στο σήμα εισόδου από τους ανιχνευτές φωτός.

Οι δύο Φωτιστικές Αντιστάσεις, LDR1 και LDR2 που λειτουργούν σαν ευαίσθητες στο φως συσκευές τοποθετούνται ως ανιχνευτές φωτός, έτσι ώστε να λαμβάνουν το ανακλώμενο φως από τη λευκή γραμμή ομοιόμορφα πάνω τους.

Εφ 'όσον το φως στα LDR είναι αρκετά υψηλό και ομοιόμορφο, ο ακροδέκτης 3 του Α1 παραμένει υψηλότερος από τον ακροδέκτη του2, καθώς το LDR1 είναι συνδεδεμένο με τη θετική γραμμή. Αυτό αναγκάζει την παραγωγή του να πάει υψηλή.

Παρομοίως, ο ακροδέκτης 6 του Α2 διατηρείται χαμηλότερος από τον ακροδέκτη του5 λόγω της σύνδεσης LDR2 με τη γραμμή γείωσης και αυτό επιτρέπει στην έξοδο του Α2 να παραμείνει υψηλή.

Με άλλα λόγια, όταν οι LDR ανάβουν ομοιόμορφα, οι μη αναστρέψιμες (+) είσοδοι και των δύο op ενισχυτών διατηρούνται υψηλότερες από τις αντιστρεπτές (-) εισόδους τους, προκαλώντας τις εξόδους τους να πάνε υψηλές.

Με τις δύο εξόδους υψηλές, οι οδηγοί τρανζίστορ διατηρούν τους αντίστοιχους κινητήρες ομοιόμορφα, γεγονός που επιτρέπει στο όχημα να λειτουργεί ομαλά σε ευθεία γραμμή.

Πώς το όχημα ακολουθεί τη γραμμή

Όταν συναντά μια καμπύλη λευκή γραμμή, ένα από τα LDR αποκλίνει από τη γραμμή προκαλώντας μια διαφορά στο φως στο σημείο Α του κυκλώματος. Αυτό στη συνέχεια αναγκάζει τη σχετική έξοδο ενισχυτή να είναι χαμηλή και μια στιγμιαία διακοπή του σχετικού κινητήρα.

Σε αυτήν την περίπτωση, ο άλλος πλευρικός κινητήρας που είναι ακόμα σε λειτουργία αναγκάζει το όχημα να γυρίσει προς τη γωνία κάμψης της γραμμής, η οποία φέρνει το σκιασμένο LDR πίσω στη φωτιζόμενη περιοχή της λευκής γραμμής. Όταν συμβεί αυτό, και οι δύο κινητήρες λειτουργούν ξανά επιτρέποντας στο όχημα να λειτουργεί κανονικά.

Η παραπάνω αυτόματη εναλλαγή ON / OFF στους αριστερούς / δεξί κινητήρες ως απόκριση σε παραλλαγές φωτός από τις λευκές καμπύλες γραμμές αναγκάζει το όχημα να συνεχίσει να ρυθμίζει και να ελιγμούς σύμφωνα με τη λευκή γραμμή.

Πώς να φτιάξετε το όχημα

Σε μια από τις προηγούμενες δημοσιεύσεις μου μάθαμε πώς α απλό τηλεχειριστήριο οχήματος θα μπορούσε να κατασκευαστεί χρησιμοποιώντας μόνο δύο κινητήρες συνδεδεμένους στο πίσω άκρο μιας ορθογώνιας πλακέτας και ζεύγος πλαστών τροχών στο μπροστινό άκρο της σανίδας.

Για το προτεινόμενο κύκλωμα οχημάτων γραμμής οχημάτων, χρησιμοποιούμε μια παρόμοια κατασκευή για το όχημα, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.

Η διάταξη φαίνεται αρκετά απλή, οι πίσω τροχοί είναι συνδεδεμένοι με κινητήρες που ελέγχονται από τους οδηγούς τρανζίστορ σε όλες τις εξόδους του ενισχυτή.

Όταν το όχημα αποκλίνει από τη γραμμή, η διαφορά στο επίπεδο φωτός στα LDR απενεργοποιεί έναν από τους ενισχυτές, διακόπτοντας τον σχετικό κινητήρα.

Αυτό αναγκάζει τον κινητήρα της αντίθετης πλευράς που είναι σε λειτουργία, να στρίψει προς την πλευρά του κινητήρα που έχει σταματήσει, που σημαίνει ότι εάν ο κινητήρας της αριστερής πλευράς φρενάρει, το όχημα θα αναγκαστεί να στρίψει προς τα αριστερά, προσαρμόζοντας τη γραμμή κάμψης, στην ίδια κατεύθυνση.

Αυτό υποδηλώνει επίσης ότι η ενσωμάτωση του αριστερού / δεξιού κινητήρα με τις έξοδοι ενισχυτή θα πρέπει να γίνεται κατάλληλα έτσι ώστε η κατεύθυνση κάμψης της γραμμής και ο κινητήρας που σταματά να βρίσκονται στην ίδια πλευρά του οχήματος.

Πώς να τοποθετήσετε τα LDR

Δεδομένου ότι τα δύο LDR (LDR1 και LDR2) υποτίθεται ότι αισθάνονται ομοιόμορφα το ανακλώμενο φως από τη λευκή γραμμή, ο προσανατολισμός τους πρέπει να είναι κάθετος στο μήκος της γραμμής, όπως φαίνεται παρακάτω.

Εδώ, υποθέσαμε ότι το όχημα κινείται από δεξιά προς τα αριστερά, ακολουθώντας μια καθορισμένη γραμμή στην ίδια διαδρομή.

Το συνολικό πλάτος των LDR θα πρέπει να εμπίπτει στο πλάτος της γραμμής.

Τα LDR και το LED πρέπει να τοποθετούνται στην κάτω επιφάνεια του οχήματος, και κατά προτίμηση στην πίσω πλευρά, ακριβώς κάτω από το σετ των πίσω τροχών.

Το ενδεικτικό LED είναι ένα λευκό LED με αντίσταση σειράς 1Κ. Πρέπει να τοποθετηθεί κοντά στα LDRs και στο κέντρο, διασφαλίζοντας ότι το φως από το LDR δεν φτάνει απευθείας στα LDRs, αντίθετα το φως πρέπει να φτάσει στα LDR με ανάκλαση από τη λευκή γραμμή κάτω από αυτά.

Προδιαγραφές κινητήρα

Οι κινητήρες μπορούν να είναι οποιουδήποτε τύπου μόνιμου μαγνητικού βουρτσίσματος, αλλά θα πρέπει να είναι εξοπλισμένο με κιβώτιο ταχυτήτων για να διασφαλίζεται ότι η κίνηση του οχήματος είναι κατάλληλα αργή και σταθερή.

Η ονομαστική ισχύς του κινητήρα πρέπει να είναι σύμφωνα με το φορτίο που πρέπει να μεταφέρει το όχημα. Αυτό μπορεί να ελεγχθεί μέσω κάποιου πρακτικού πειραματισμού.

Πώς να ρυθμίσετε

Για να ρυθμίσετε αυτό το κύκλωμα οχημάτων ακολουθίας γραμμής, θα πρέπει να κανονίσετε μια μικρή λωρίδα λευκής γραμμής βαμμένη σε μια επίπεδη επιφάνεια ή μια λευκή ταινία κολλημένη στην επίπεδη επιφάνεια.

Τοποθετήστε το σύστημα (χωρίς τροχούς) πάνω από τη γραμμή, όπως υποδεικνύεται στο προηγούμενο διάγραμμα, έτσι ώστε το LDR και το LED έχουν ρυθμιστεί σωστά στο πλάτος της γραμμής.

Ενεργοποιήστε την τροφοδοσία, η λευκή λυχνία LED πρέπει να φωτίζει την περιοχή κάτω από αυτήν. Ρυθμίστε τις δύο προεπιλογές έως ότου και οι δύο κινητήρες ενεργοποιηθούν ταυτόχρονα.

Τώρα μετακινήστε τη μονάδα ελαφρώς προς τα δεξιά, έτσι ώστε το LDR1 να κινείται έξω από τη λευκή γραμμή.

Ο αριστερός κινητήρας πρέπει να σταματήσει. Εάν δεν ρυθμίσει τότε το P1 μέχρι να σταματήσει ο αριστερός κινητήρας.

Στη συνέχεια, μετακινήστε τη μονάδα ελαφρώς αριστερά, έτσι ώστε το LDR2 να κινείται έξω από τη λευκή γραμμή. Αυτό πρέπει να σταματήσει τον κινητήρα της δεξιάς πλευράς. Εάν δεν ρυθμίσει τότε, η προεπιλογή 10k έως ότου σταματήσει ο κινητήρας της δεξιάς πλευράς.

Αυτό θα ολοκληρώσει τις διαδικασίες ρύθμισης και τώρα μπορείτε να εγκαταστήσετε τους τροχούς στους κινητήρες και να χρησιμοποιήσετε αυτό το οδηγημένο όχημα για να ακολουθήσετε αυτόματα ένα καθορισμένο κομμάτι στο έδαφος.

Λευκή Γραμμή vs Μαύρη Γραμμή

Το προτεινόμενο σύστημα οχημάτων ακολουθίας γραμμών βασίζεται σε μια λευκή γραμμή ενσωματωμένη στο έδαφος, αντί για μια μαύρη γραμμή. Το πλεονέκτημα της χρήσης λευκής γραμμής αντί για μαύρη γραμμή έχει ως εξής:

Η λευκή γραμμή φαίνεται πιο κομψή και αξιοπρεπής σε σύγκριση με τη μαύρη γραμμή.

Ο ακόλουθος γραμμών με βάση τη λευκή γραμμή μπορεί να λειτουργήσει ακόμη και σε απόλυτο σκοτάδι ή σκοτεινά φώτα περιβάλλοντος. Τα σχέδια με βάση το μαύρο φως συνήθως απαιτούν εξωτερικό φωτισμό για να διατηρηθεί το όχημα σε λειτουργία.

Ένα AGV με βάση τη λευκή γραμμή λειτουργεί με μεγαλύτερη ακρίβεια ανεξάρτητα από το χρώμα των πλακιδίων, εκτός από τα πλακίδια που είναι εξαιρετικά λευκά ή ισοδύναμα με το χρώμα της λευκής γραμμής.

Μετατροπή του οχήματος σε Follower Black Line

Παρά τα παραπάνω πλεονεκτήματα, εάν ο χρήστης προτιμά το όχημα να ακολουθεί μια μαύρη γραμμή, τότε το σύστημα θα μπορούσε εύκολα να μετατραπεί για να το κάνει μέσω των λίγων γρήγορων τροποποιήσεων στην προτεινόμενη σχεδίαση.

Ο χρήστης απλώς εναλλάσσει ή ανταλλάσσει τις συνδέσεις ακίδων εισόδου των ενισχυτών με τις προεπιλογές και αφαιρεί το LED που σχετίζεται με τα LDR.




Προηγούμενο: Κύκλωμα UPS 50 Watt Sine Wave Επόμενο: Επεξήγηση βασικών ηλεκτρονικών κυκλωμάτων - Οδηγός για αρχάριους για ηλεκτρονικά