Obvod vozidla jednoduchého sledovateľa linky s využitím operačných zosilňovačov

Tento článok vysvetľuje jednoduchý obvod vozidla sledovača liniek, tiež známy ako tracker vozidiel, používajúci iba pár operačných zosilňovačov a niekoľko ďalších komponentov bez použitia zložitého Arduina alebo mikrokontrolérov.

Čo je to vozidlo sledovania linky

Vozidlo sledujúce čiaru je forma vozidla s automatickým sprievodcom (AGV), ktoré jazdí detekciou bielej čiary nakreslenej alebo zapustenej do zeme. Signál z detektorov velí motorizovaným kolesám, aby sa automaticky otáčali a nastavovali v súlade s čiarou, čo budí dojem, že vozidlo ide po čiare. Preto je sledovateľ menného riadku.

V zásade sú detektory vo forme foto rezistory ako napríklad LDR alebo polovodičové detektory svetla ako napr foto diódy alebo foto tranzistory .

Pár takých detektory svetla sa používajú na detekciu odrazeného svetla od bielej čiary a prepínanie tranzistorových obvodov alebo komparátorov založených na operačnom zosilňovači, ktoré následne riadia kolesové motory vozidla tak, aby manévrovali v súlade s obratmi a krivkami bielej čiary na zemi.

Používanie komparátorov okien

V navrhovanom okruhu vozidla sledovača liniek sme použili niekoľko op amp komparátory zapojila motory do vyváženia.

Operačné zosilňovače sú zostavené ako okno zdieľatelia . Ako naznačuje názov, okenný komparátor porovnáva vstupný signál z detektorov s dvoma referenciami extrémneho napätia, ktoré tvoria „okenné“ prahy. Pokiaľ je úroveň vstupného signálu v rámci týchto „okenných“ referenčných prahových hodnôt, výstup oboch operačných zosilňovačov si zachováva vysokú logiku na svojich výstupoch.

Avšak v prípade, že má vstupný signál tendenciu prekročiť referenčné prahové hodnoty, príslušný výstup operačného zosilňovača sa zníži, čo vedie k opačným výstupom z operačných zosilňovačov. Táto nevyváženosť vedie výstupné zariadenia k náprave situácie príslušným spínaním záťaží.

Ako funguje obvod

S odkazom na schému zapojenia vozidla s linkovým sledovačom nižšie môžeme vidieť dva operačné zosilňovače nakonfigurované ako okenné kompaktory.

Operačné zosilňovače môžu byť z IC LM358 alebo LM324

Horný operačný zosilňovač je pripojený na riadenie horného prahového limitu, zatiaľ čo dolný operačný zosilňovač je pripojený na riadenie dolného prahového limitu.

Invertujúci vstup operačného zosilňovača Al a neinvertujúci vstup operačného zosilňovača A2 sú upnuté pevným referenčným napätím

Neinvertujúci vstup operačného zosilňovača Al a invertujúci vstup operačného zosilňovača A2 sú navzájom spojené a používajú sa na snímanie zmien vstupného signálu zo svetelných detektorov.

Dva rezistory závislé od svetla, LDR1 a LDR2, ktoré fungujú ako zariadenia citlivé na svetlo, sú umiestnené ako detektory svetla tak, aby na ne rovnomerne prijímali odrazené svetlo od bielej čiary.

Pokiaľ je svetlo na LDR primerane vysoké a rovnomerné, kolík 3 Al zostáva vyšší ako jeho kolík 2, pretože LDR1 je pripojený kladnou čiarou. To spôsobí, že jeho výstup bude vysoký.

Rovnako tak je pin6 z A2 udržiavaný nižšie ako jeho pin5 v dôsledku spojenia LDR2 s uzemňovacou linkou, čo umožňuje, aby výstup A2 zostal vysoký.

Inými slovami, keď sú LDR rovnomerne osvetlené, neinvertujúce (+) vstupy oboch operačných zosilňovačov sú držané vyššie ako ich invertujúce (-) vstupy, čo spôsobí, že ich výstupy budú vysoké.

Pri vysokých obidvoch výstupoch udržujú tranzistorové budiče príslušné motory rovnomerne, čo zodpovedajúcim spôsobom umožňuje vozidlu plynulý chod po priamke.

Ako vozidlo sleduje líniu

Keď sa vyskytne zakrivená biela čiara, jedna z LDR sa odchyľuje od čiary, čo spôsobí rozdiel svetla v bode A obvodu. To následne spôsobí pokles výstupu príslušného operačného zosilňovača a okamžité zastavenie príslušného motora.

V tejto situácii motor, ktorý je stále v prevádzke, núti vozidlo, aby sa otočilo smerom k uhlu ohybu čiary, čím sa zatienená LDR vráti späť do osvetlenej oblasti bielej čiary. Keď k tomu dôjde, oba motory sa opäť uvedú do činnosti, čo umožní normálnej prevádzke vozidla.

Vyššie uvedené automatické prepínanie ON / OFF cez ľavý / pravý motor v reakcii na kolísanie svetla z ohybných bielych čiar núti vozidlo, aby pokračovalo v nastavovaní a manévrovaní v súlade s bielou čiarou.

Ako zostrojiť vozidlo

V jednom z mojich predchádzajúcich príspevkov sme sa dozvedeli, ako a jednoduché diaľkovo ovládané vozidlo mohli byť vyrobené pomocou iba niekoľkých motorov pripevnených k zadnému okraju obdĺžnikovej dosky a dvojice figurín na prednom okraji dosky.

Aj pre navrhovaný obvod vozidla sledovača liniek používame podobnú konštrukciu pre vozidlo, ako je to znázornené na vyššie uvedenom obrázku.

Usporiadanie vyzerá celkom jednoducho, zadné kolesá sú pripevnené motormi, ktoré sú ovládané tranzistorovými budičmi cez výstupy operačného zosilňovača.

Keď sa vozidlo odchýli od čiary, rozdiel v úrovni svetla na LDR vypne jeden z operačných zosilňovačov a zastaví príslušný motor.

To prinúti motor, ktorý je v činnosti, na opačnú stranu, aby sa otočil smerom k strane zastaveného motora, čo znamená, že ak je motor na ľavej strane zabrzdený, vozidlo bude nútené otočiť sa vľavo v rovnakom smere, pričom sa prispôsobí línii ohybu.

To tiež naznačuje, že integrácia ľavého / pravého motora s výstupmi operačného zosilňovača by mala byť vhodne vykonaná tak, aby smer ohybu vedenia a zastaveného motora boli na tej istej strane vozidla.

Ako umiestniť LDR

Pretože obidve LDR (LDR1 a LDR2) majú rovnomerne snímať odrazené svetlo od bielej čiary, ich orientácia by mala byť kolmá na dĺžku čiary, ako je uvedené nižšie.

Tu sme predpokladali, že vozidlo jazdí sprava doľava a sleduje položenú čiaru rovnakou cestou.

Celková šírka LDR by mala spadať do šírky čiary.

Kontrolky LDR a LED diódy by mali byť inštalované na spodnom povrchu vozidla, najlepšie na zadnej strane, tesne pod zadným dvojkolesím.

Indikovaná LED je biela LED so sériovým rezistorom 1K. Musí byť umiestnené blízko LDR a v strede, aby sa zabezpečilo, že svetlo z LDR nedosiahne priamo LDR, namiesto toho by svetlo malo dosiahnuť LDR odrazom od bielej čiary pod nimi.

Špecifikácie motora

Motory môžu byť akékoľvek s permanentným magnetom, kartáčovaný, ale mali by byť vybavené prevodovkou, aby sa zabezpečilo, že pohyb vozidla je primerane pomalý a rovnomerný.

Výkon motora by mal zodpovedať zaťaženiu, ktoré má vozidlo niesť. To sa dá vyskúšať praktickými experimentmi.

Ako sa nastavuje

Ak chcete nastaviť tento obvod vozidla sledovača liniek, budete musieť usporiadať malý pruh bielej čiary namaľovaný na rovnom povrchu alebo bielu pásku nalepenú na rovnom povrchu.

Umiestnite systém (bez kolies) cez čiaru, ako je uvedené v predchádzajúcom diagrame, tak, aby: LDR a LED sú správne nastavené vo vnútri šírky čiary.

Zapnite napájanie, biela LED by mala jasne osvetľovať oblasť pod ním. Upravujte dve predvoľby, kým sa obidva motory nezapnú súčasne.

Teraz mierne posuňte jednotku doprava, aby sa LDR1 posunula z bielej čiary.

Ľavý motor by sa mal zastaviť. Pokiaľ to tak nie je, nastavte P1, kým sa ľavý motor iba nezastaví.

Ďalej posuňte jednotku mierne doľava tak, aby sa LDR2 pohybovala mimo bielej čiary. To by malo zastaviť motor na pravej strane. Pokiaľ to tak nie je, upravte predvoľbu 10k, kým sa motor na pravej strane len nezastaví.

Týmto sa dokončí postup nastavenia a teraz môžete nainštalovať kolesá na motory a pomocou tohto vedeného vozidla automaticky sledovať položenú stopu na zemi.

Biela čiara vs Čierna čiara

Navrhovaný systém vozidla na sledovanie nadväzcov je založený na bielej čiare zaliatej na zemi namiesto čiernej čiary. Výhody použitia bielej čiary namiesto čiernej sú nasledujúce:

Biela čiara vyzerá v porovnaní s čiernou líniou elegantnejšie a decentnejšie.

Sledovač čiary založený na bielej čiare môže fungovať aj v úplnej tme alebo slabom okolitom svetle. Konštrukcie založené na čiernom svetle zvyčajne vyžadujú vonkajšie osvetlenie, aby bolo vozidlo stále funkčné.

AGV na báze bielej čiary funguje presnejšie bez ohľadu na farbu dlaždíc, s výnimkou dlaždíc, ktoré sú extrémne biele alebo ekvivalentné farbe bielej čiary.

Prestavba vozidla na sledovač čiernej čiary

Napriek vyššie uvedeným výhodám, ak používateľ dáva prednosť tomu, aby vozidlo sledovalo čiernu čiaru, potom by sa mohol systém ľahko zmeniť tak, že to urobí prostredníctvom niekoľkých rýchlych úprav navrhovaného dizajnu.

Užívateľ iba zamení alebo zamení vstupné pinové spojenie operačných zosilňovačov s predvoľbami a odstráni LED spojenú s LDR.