Jednoduchý obvod vozidla následovníka linky s využitím operačních zesilovačů

Vyzkoušejte Náš Nástroj Pro Odstranění Problémů





Článek vysvětluje jednoduchý obvod vozidla pro sledování linek, známý také jako vozidlo pro sledování linek, s použitím pouze několika operačních zesilovačů a několika dalších komponent bez použití složitého Arduina nebo mikrokontrolérů.

Co je vozidlo následovníka linky

Vozidlo pro sledování čáry je forma automatického naváděného vozidla (AGV), které běží detekcí bílé čáry nakreslené nebo zapuštěné na zemi. Signál z detektorů vydává povel k tomu, aby se motorizovaná kola automaticky otáčela a nastavovala v souladu s linií, což budí dojem, že vozidlo sleduje linii. Proto následovník jmenné řady.



Detektory jsou v zásadě ve formě fotorezistory, jako jsou LDR nebo polovodičové detektory světla jako foto diody nebo foto tranzistory .

Pár takových detektory světla používají se, která detekují odražené světlo z bílé čáry a přepínají tranzistorové obvody nebo komparátory založené na operačních zesilovačích, které zase řídí manévry motorů kol vozidla podle otáček a křivek bílé čáry na zemi.



Používání komparátorů oken

V navrhovaném okruhu vozidla následovníka linky jsme použili několik operační zesilovače komparátory zapojil motory do vyvážení.

Operační zesilovače jsou zmanipulované jako okno sdílející . Jak název napovídá, komparátor oken porovnává vstupní signál z detektorů se dvěma extrémními referencemi napětí, které tvoří prahové hodnoty „okna“. Pokud je úroveň vstupního signálu v tomto referenčním prahu „okna“, udržuje výstup obou operačních zesilovačů vysokou logiku napříč jejich výstupy.

Avšak v případě, že vstupní signál má tendenci překračovat referenční prahové hodnoty, příslušný výstup operačního zesilovače se sníží, což má za následek opačné výstupy z operačních zesilovačů. Tato nevyváženost vyzve výstupní zařízení k nápravě situace vhodným přepnutím zátěží.

Jak obvod funguje

S odkazem na schéma zapojení vozidla následovníka linky níže vidíme dva operační zesilovače nakonfigurované jako okenní kompaktory.

Operační zesilovače mohou být z IC LM358 nebo LM324

Horní operační zesilovač je připojen k ovládání horní mezní meze, zatímco dolní operační zesilovač je připojen k ovládání dolní mezní meze.

Invertující vstup operačního zesilovače A1 a neinvertující vstup operačního zesilovače A2 jsou upnuty pevným referenčním napětím

Neinvertující vstup operačního zesilovače A1 a invertující vstup operačního zesilovače A2 jsou spojeny dohromady a používají se pro snímání změn vstupního signálu ze světelných detektorů.

Dva rezistory závislé na světle, LDR1 a LDR2, které fungují jako zařízení citlivá na světlo, jsou umístěny jako detektory světla tak, aby rovnoměrně přijímaly odražené světlo od bílé čáry.

Dokud je světlo na LDR přiměřeně vysoké a rovnoměrné, zůstává pin3 u A1 vyšší než jeho pin2, protože LDR1 je připojena kladnou linií. To způsobí, že jeho výstup bude vysoký.

Podobně je pin6 z A2 udržován níže než jeho pin5 kvůli spojení LDR2 se zemnicí linkou, což umožňuje, aby výstup A2 zůstal vysoký.

Jinými slovy, když jsou LDR rovnoměrně osvětleny, neinvertující (+) vstupy obou operačních zesilovačů jsou drženy výše než jejich invertující (-) vstupy, což způsobuje, že jejich výstupy jdou vysoko.

Pokud jsou oba výstupy vysoké, udržují tranzistorové ovladače rovnoměrný chod příslušných motorů, což příslušně umožňuje vozidlu plynulý chod po přímce.

Jak vozidlo sleduje čáru

Když narazíte na zakřivenou bílou čáru, jedna z LDR se odchýlí od čáry, což způsobí rozdíl světla v bodě A obvodu. To následně způsobí pokles výstupu příslušného operačního zesilovače a okamžité zastavení příslušného motoru.

V této situaci motor druhé strany, který je stále funkční, nutí vozidlo, aby se otočilo směrem k úhlu ohybu čáry, což přivede stínovanou LDR zpět do osvětlené oblasti bílé čáry. Když k tomu dojde, oba motory se opět uvedou do provozu a umožní vozidlu normální provoz.

Výše uvedené automatické přepínání ON / OFF napříč levými / pravými motory v reakci na kolísání světla od ohybových bílých čar nutí vozidlo, aby pokračovalo v nastavování a manévrování v souladu s bílou čarou.

Jak postavit vozidlo

V jednom z mých dřívějších příspěvků jsme se dozvěděli, jak a jednoduché dálkově ovládané vozidlo lze postavit pomocí jen několika motorů připojených k zadnímu okraji obdélníkové desky a dvojice figurín na přední hraně desky.

Pro navrhovaný obvod vozidla sledovače linek také používáme podobnou konstrukci pro vozidlo, jak je znázorněno na výše uvedeném obrázku.

Uspořádání vypadá docela jednoduše, zadní kola jsou připojena k motorům, které jsou řízeny tranzistorovými budiči přes výstupy operačního zesilovače.

Když se vozidlo odchýlí od čáry, rozdíl v úrovni světla na LDR vypne jeden z operačních zesilovačů a zastaví příslušný motor.

To nutí motor na opačné straně, který je v provozu, aby se otočil směrem ke straně zastaveného motoru, což znamená, že pokud je motor na levé straně zabrzděn, vozidlo bude nuceno otočit se doleva, přičemž se přizpůsobí ohybové linii, ve stejném směru.

To také naznačuje, že integrace motoru vlevo / vpravo s výstupy operačního zesilovače by měla být vhodně provedena tak, aby směr ohybu vedení a zastavovaného motoru byly na stejné straně vozidla.

Jak umístit LDR

Vzhledem k tomu, že dva LDR (LDR1 a LDR2) mají rovnoměrně snímat odražené světlo od bílé čáry, měla by být jejich orientace kolmá k délce čáry, jak je znázorněno níže.

Zde jsme předpokládali, že vozidlo jede zprava doleva, sledujeme stanovenou čáru stejnou cestou.

Celková šířka LDR by měla spadat do šířky čáry.

Kontrolky LDR a LED by měly být instalovány na spodním povrchu vozidla, nejlépe na zadní straně, těsně pod sadou zadních kol.

Indikovaná LED je bílá LED s rezistorem řady 1K. Musí být umístěn v blízkosti LDR a ve středu, aby se zajistilo, že světlo z LDR nedosáhne přímo LDR, místo toho by se světlo mělo dostat k LDR odrazem od bílé čáry pod nimi.

Specifikace motoru

Motory mohou být jakéhokoli typu s kartáčem s permanentním magnetem, ale měly by být vybaveny převodovkou, aby byl zajištěn přiměřeně pomalý a stabilní pohyb vozidla.

Jmenovitý výkon motoru by měl odpovídat zatížení, které má vozidlo nést. To lze otestovat praktickými experimenty.

Jak nastavit

Chcete-li nastavit tento obvod vozidla sledujícího linku, budete muset uspořádat malý pruh bílé čáry namalovaný na rovný povrch nebo bílou pásku přilepenou na rovný povrch.

Umístěte systém (bez kol) přes čáru, jak je uvedeno v předchozím schématu, tak, aby LDR a LED jsou správně nastaveny uvnitř šířky čáry.

Zapněte napájení, bílá LED by měla jasně osvětlovat oblast pod ním. Upravujte dvě předvolby, dokud se oba motory nezapnou současně.

Nyní posuňte jednotku mírně doprava tak, aby se LDR1 pohybovala mimo bílou čáru.

Levý motor by se měl zastavit. Pokud tomu tak není, upravte P1, dokud se levý motor nezastaví.

Poté jednotku mírně posuňte doleva tak, aby se LDR2 pohybovala mimo bílou čáru. To by mělo zastavit motor na pravé straně. Pokud tomu tak není, upravte předvolbu 10k, dokud se pravý motor pouze nezastaví.

Tímto dokončíte nastavovací postupy a nyní můžete nainstalovat kola na motory a pomocí tohoto naváděného vozidla automaticky sledovat položenou stopu na zemi.

Bílá čára vs Černá čára

Navrhovaný systém vozidla pro sledování linie je založen na bílé čáře zapuštěné na zemi, místo černé čáry. Výhody použití bílé čáry místo černé čáry jsou následující:

Bílá čára vypadá elegantněji a decentněji než černá čára.

Sledovač čáry založený na bílé čáře může fungovat i v úplné tmě nebo slabém okolním osvětlení. Designy založené na černém světle obvykle vyžadují vnější osvětlení, aby bylo vozidlo v provozu.

AGV na bázi bílé čáry funguje přesněji bez ohledu na barvu dlaždic, s výjimkou dlaždic, které jsou extrémně bílé nebo ekvivalentní barvě bílé čáry.

Přestavba vozidla na sledovače černé čáry

Navzdory výše uvedeným výhodám, pokud uživatel dává přednost tomu, aby vozidlo sledovalo černou čáru, mohl by být systém snadno přeměněn tak, aby to provedl několika rychlými úpravami v navrhovaném designu.

Uživatel pouze zaměňuje nebo zaměňuje připojení vstupních pinů operačních zesilovačů s předvolbami a odstraňuje LED spojenou s LDR.




Předchozí: 50 W sinusoida UPS obvod Další: Vysvětlení základních elektronických obvodů - Průvodce elektronikou pro začátečníky