Circuit vehicul simplu de urmărire a liniei folosind amplificatori op

Articolul explică un circuit simplu al vehiculului de linie, cunoscut și sub numele de vehicul de urmărire a liniei, care utilizează doar câteva amperi op și câteva alte componente, fără a utiliza Arduino sau microcontrolere complexe.

Ce este un vehicul Line Follower

Un vehicul care urmărește linia este o formă de vehicul ghidat automat (AGV) care rulează prin detectarea unei linii albe trasate sau încastrate pe sol. Semnalul de la detectoare comandă roților motorizate să se rotească și să se regleze automat în conformitate cu linia, dând impresia că vehiculul o urmărește. De aici și următorul liniei de nume.

Practic, detectoarele sunt sub formă de foto rezistențe precum LDR-uri sau detectoare de lumină semiconductoare precum foto diode sau tranzistoare foto .

Câteva dintre acestea detectoare de lumină sunt utilizate care detectează lumina reflectată de pe linia albă și comută un circuit tranzistorizat sau comparatoare bazate pe amplificator operațional, care, la rândul lor, controlează motoarele roților vehiculului pentru a manevra în conformitate cu rotațiile și curbele liniei albe de la sol.

Utilizarea comparatoarelor de ferestre

În circuitul propus pentru vehiculul care urmărește linia, am folosit câteva comparatoare op amp a angajat motoarele în actul de echilibrare.

Amplificatoarele de operare sunt amenajate ca fereastră împărtășitori . După cum sugerează și numele, un comparator de ferestre compară semnalul de intrare de la detectoare cu două referințe de tensiune extremă care constituie pragurile „ferestrei”. Atâta timp cât nivelul semnalului de intrare se încadrează în pragurile de referință ale acestei „ferestre”, ieșirea ambelor amplificatoare de operare menține o logică ridicată între ieșirile lor.

Cu toate acestea, într-un caz, semnalul de intrare tinde să depășească pragurile de referință, ieșirea relevantă a amplificatorului de operare devine scăzută, rezultând ieșiri opuse de la amplificatorii de operare. Acest dezechilibru solicită dispozitivelor de ieșire să corecteze situația comutând corespunzător sarcinile.

Cum funcționează circuitul

Referindu-ne la schema de circuit a vehiculului care urmărește linia de mai jos, putem vedea două amplificatoare de operare configurate ca compartimente de ferestre.

Amplificatoarele de operare pot fi de la IC LM358 sau LM324

Amplificatorul op superior este conectat pentru a controla limita pragului superior, în timp ce amplificatorul op inferior este conectat pentru a controla limita pragului inferior.

Intrarea inversantă a amplificatorului op A1 și intrarea neinversibilă a amplificatorului op A2 sunt fixate cu tensiune de referință fixă

Intrarea fără inversare a amplificatorului op A1 și intrarea inversantă a amplificatorului op A2 sunt legate împreună și utilizate pentru a detecta variațiile semnalului de intrare de la detectoarele de lumină.

Cele două rezistențe dependente de lumină, LDR1 și LDR2, care acționează ca dispozitive sensibile la lumină, sunt poziționate ca detectoare de lumină, astfel încât să primească în mod uniform lumina reflectată de pe linia albă.

Atâta timp cât lumina LDR-urilor este suficient de ridicată și uniformă, pin-ul A1 rămâne mai mare decât pin-ul său 2, deoarece LDR1 este atașat cu linia pozitivă. Acest lucru face ca ieșirea sa să crească.

În mod similar, pinul 6 din A2 este menținut mai jos decât pinul său 5 datorită conexiunii LDR2 cu linia de masă, iar acest lucru permite ieșirea lui A2 să rămână ridicată.

Cu alte cuvinte, când LDR-urile sunt aprinse uniform, intrările care nu inversează (+) ale ambelor amplificatoare op sunt menținute mai mari decât intrările lor inversoare (-), determinând ieșirile lor să crească.

Cu ambele ieșiri ridicate, driverele tranzistorului păstrează motoarele respective funcționând uniform, ceea ce permite vehiculului să ruleze lin peste o linie dreaptă.

Modul în care vehiculul urmărește linia

Când se întâlnește o linie albă curbată, unul dintre LDR se abate de la linie provocând o diferență de lumină în punctul A al circuitului. Acest lucru determină ulterior scăderea puterii relevante a amplificatorului op și o oprire momentană a motorului relevant.

În această situație, celălalt motor lateral care este încă în funcțiune obligă vehiculul să se întoarcă spre unghiul de îndoire al liniei, ceea ce aduce LDR umbrit înapoi în regiunea iluminată a liniei albe. Când se întâmplă acest lucru, ambele motoare devin din nou operaționale, permițând vehiculului să funcționeze normal.

Comutarea automată PORNIT / OPRIT de mai sus a motoarelor stânga / dreapta ca răspuns la variațiile de lumină de la liniile albe îndoite obligă vehiculul să continue reglarea și manevrarea în conformitate cu linia albă.

Cum să construiți vehiculul

Într-una din postările mele anterioare am aflat cum vehicul simplu controlat de la distanță ar putea fi construite folosind doar câteva motoare atașate la marginea din spate a unei plăci dreptunghiulare și o pereche de roți fictive la marginea frontală a plăcii.

De asemenea, pentru circuitul vehiculului de linie propus, utilizăm o construcție similară pentru vehicul, așa cum se arată în figura de mai sus.

Aranjamentul pare destul de simplu, roțile din spate sunt atașate cu motoare care sunt controlate de driverele tranzistorului pe ieșirile amplificatorului op.

Când vehiculul se abate de la linie, diferența de nivel de lumină a LDR-urilor oprește unul dintre amplificatorii op, oprind motorul relevant.

Acest lucru forțează motorul lateral opus care este funcțional, să se întoarcă spre partea motorului oprit, adică dacă motorul din partea stângă este frânat, vehiculul va fi forțat să se întoarcă spre stânga, ajustându-se la linia de îndoire, în aceeași direcție.

Acest lucru sugerează, de asemenea, că integrarea motorului stânga / dreapta cu ieșirile amplificatorului op ar trebui făcută în mod corespunzător, astfel încât direcția de îndoire a liniei și motorul oprit să fie pe aceeași parte a vehiculului.

Cum se poziționează LDR-urile

Deoarece cele două LDR-uri (LDR1 și LDR2) ar trebui să simtă uniform lumina reflectată de pe linia albă, orientarea lor ar trebui să fie perpendiculară pe lungimea liniei, așa cum se arată mai jos.

Aici, am presupus că vehiculul rulează de la dreapta la stânga, urmând o linie stabilită pe aceeași cale.

Lățimea totală LDR trebuie să se încadreze în lățimea liniei.

LDR-urile și LED-ul trebuie instalate pe suprafața inferioară a vehiculului și, de preferință, pe partea din spate, chiar sub setul de roți din spate.

LED-ul indicat este un LED alb cu un rezistor de serie 1K. Trebuie să fie poziționat aproape de LDR și în centru, asigurându-se că lumina de la LDR nu ajunge direct la LDR, în schimb lumina ar trebui să ajungă la LDR prin reflexie de la linia albă de sub ele.

Specificații motor

Motoarele pot fi de orice tip cu perii cu magnet permanent, dar ar trebui să fie echipate cu o cutie de viteze pentru a se asigura că mișcarea vehiculului este corectă și constantă.

Puterea nominală a motorului ar trebui să fie conformă cu sarcina pe care vehiculul ar trebui să o transporte. Acest lucru poate fi testat printr-o experimentare practică.

Cum se configurează

Pentru a configura acest circuit al vehiculului, trebuie să aranjați o bandă mică de linie albă vopsită pe o suprafață plană sau o bandă albă lipită pe suprafața plană.

Poziționați sistemul (fără roți) peste linie, așa cum este indicat în diagrama anterioară, astfel încât LDR-uri și LED-ul sunt corect ajustate în interiorul lățimii liniei.

Porniți alimentarea, LED-ul alb ar trebui să lumineze puternic zona de sub el. Reglați cele două presetări până când ambele motoare sunt pornite simultan.

Acum deplasați ușor unitatea spre dreapta, astfel încât LDR1 să se deplaseze în afara liniei albe.

Motorul din stânga ar trebui să se oprească. Dacă nu, reglați P1 până când motorul din stânga se oprește.

Apoi, mișcați unitatea ușor în stânga, astfel încât LDR2 să se deplaseze în afara liniei albe. Acest lucru ar trebui să oprească motorul din dreapta. Dacă nu, reglați presetarea de 10 k până când motorul din dreapta se oprește.

Acest lucru va finaliza procedurile de configurare și acum puteți instala roțile pe motoare și puteți utiliza acest vehicul ghidat pentru a urma automat o pistă așezată la sol.

Linia Albă vs Linia Neagră

Sistemul propus de vehicul care urmărește linia se bazează pe o linie albă încorporată la sol, în locul unei linii negre. Avantajul utilizării unei linii albe în loc de o linie neagră sunt următoarele:

Linia albă arată mai elegantă și decentă în comparație cu linia neagră.

Următoarele linii pe bază de linie albă pot funcționa chiar și în întuneric total sau cu lumini ambientale slabe. Proiectele pe bază de lumină neagră necesită în mod normal o iluminare externă pentru a menține vehiculul funcțional.

O linie albă AGV funcționează mai precis, indiferent de culoarea plăcilor, cu excepția plăcilor care sunt extrem de albe sau echivalente cu culoarea liniei albe.

Transformarea vehiculului într-un urmaș de linie neagră

În ciuda avantajelor de mai sus, dacă utilizatorul preferă vehiculul să urmeze o linie neagră, atunci sistemul ar putea fi ușor transformat pentru a face acest lucru prin câteva modificări rapide din proiectul propus.

Utilizatorul trebuie doar să schimbe sau să schimbe conexiunile pinului de intrare ale amplificatoarelor operaționale cu presetările și să scoată LED-ul asociat cu LDR-urile.