Обикновена последователна верига на превозното средство, използваща Op Amps

Статията обяснява проста верига за следене на линии, известна също като превозвач на линии за проследяване, използваща само няколко операционни усилватели и няколко други компонента, без да се използват сложни Arduino или микроконтролери.

Какво представлява превозното средство с последователна линия

Превозното средство с последователна линия е форма на автоматично управлявано превозно средство (AGV), която се движи чрез откриване на бяла линия, начертана или вградена на земята. Сигналът от детекторите заповядва на моторизираните колела автоматично да се завъртат и регулират в съответствие с линията, създавайки впечатление, че превозното средство следва линията. Оттук и последователят на името.

По принцип детекторите са под формата на фоторезистори като LDR или полупроводникови светлинни детектори като фото диоди или фото транзистори .

Няколко такива светлинни детектори се използват, които засичат отразената светлина от бялата линия и превключват транзисторизирана верига или базирани на усилвател компаратори, които от своя страна контролират двигателите на колелата на превозното средство за маневриране в съответствие с завоите и кривите на бялата линия на земята.

Използване на Window Comparators

В предложената верига на последовател на превозни средства, ние използвахме няколко операционни усилватели за сравнение включваше двигателите в балансиращия акт.

Операционните усилватели са монтирани като прозорец акционери . Както подсказва името, сравнител на прозорци сравнява входния сигнал от детекторите с две препратки към екстремни напрежения, които представляват праговете на „прозореца“. Докато нивото на входния сигнал е в рамките на референтните прагове на 'прозореца', изходът на двата операционни усилвателя поддържа висока логика в техните изходи.

Въпреки това, в случай, че входният сигнал има тенденция да пресича референтните прагове, съответният изход на операционния усилвател се превръща в нисък, което води до противоположни изходи от операционните усилватели. Този дисбаланс подтиква изходните устройства да коригират ситуацията чрез подходящо превключване на товара.

Как работи веригата

Позовавайки се на електрическата схема на превозното средство за следене на линия по-долу, можем да видим два операционни усилвателя, конфигурирани като сравнители на прозорци.

Операционните усилватели могат да бъдат от IC LM358 или LM324

Горният операционен усилвател е свързан с кабел за контрол на горната граница на прага, докато долният операционен усилвател е свързан, за да контролира долната граница на прага.

Инвертиращият вход на операционния усилвател А1 и неинвертиращият вход на операционния усилвател А2 са захванати с фиксирано референтно напрежение

Неинвертиращият вход на операционния усилвател А1 и инвертиращият вход на операционния усилвател А2 са свързани помежду си и се използват за засичане на вариациите във входния сигнал от светлинните детектори.

Двата светлинно зависими резистора, LDR1 и LDR2, които действат като светлочувствителни устройства, са позиционирани като светлинни детектори, така че те да получават отразената светлина от бялата линия равномерно върху тях.

Докато светлината върху LDR е достатъчно висока и еднородна, щифтът 3 на A1 остава по-висок от своя pin2, тъй като LDR1 е прикрепен с положителната линия. Това води до висока производителност.

По същия начин pin6 на A2 се държи по-ниско от своя pin5 поради LDR2 връзката със земната линия и това позволява изходът на A2 да остане висок.

С други думи, когато LDRs са равномерно осветени, неинвертиращите (+) входове на двата операционни усилвателя се държат по-високи от техните инвертиращи (-) входове, което води до високите им изходи.

И с двата изхода високи, драйверите на транзисторите поддържат съответните двигатели да работят равномерно, което съответно позволява на автомобила да се движи гладко по права линия.

Как превозното средство следва линията

Когато се срещне извита бяла линия, един от LDR се отклонява от линията, причинявайки разлика в светлината в точка А на веригата. Това впоследствие води до намаляване на съответния изход на усилвателя и моментно спиране на съответния двигател.

В тази ситуация двигателят от другата страна, който все още работи, принуждава превозното средство да се обърне към ъгъла на огъване на линията, което връща засенченото LDR обратно в осветената област на бялата линия. Когато това се случи, и двата мотора отново стават работещи, което позволява на автомобила да работи нормално.

Горното автоматично включване / изключване на ляво / дясно двигатели в отговор на светлинни промени от огъващите се бели линии принуждава превозното средство да продължи да се настройва и маневрира в съответствие с бялата линия.

Как да изградим превозното средство

В един от по-ранните ми постове научихме как a просто превозно средство с дистанционно управление може да се изгради с помощта само на няколко двигателя, прикрепени към задния ръб на правоъгълна дъска, и чифт манекени колела в предния ръб на дъската.

За предложената верига на последовател на превозното средство също използваме подобна конструкция за превозното средство, както е показано на горната фигура.

Разположението изглежда доста просто, задните колела са прикрепени с двигатели, които се управляват от транзисторните драйвери през изходите на операционния усилвател.

Когато превозното средство се отклонява от линията, разликата в нивото на осветеност на LDR изключва един от операционните усилватели, като спира съответния двигател.

Това принуждава противоположния страничен двигател, който работи, да се обърне към страната на спряния двигател, което означава, че ако левият страничен двигател е спирачен, превозното средство ще бъде принудено да се обърне наляво, като се приспособи към линията на огъване, в същата посока.

Това също така предполага, че интеграцията на ляв / десен двигател с изходите на операционния усилвател трябва да бъде направена по подходящ начин, така че посоката на огъване на линията и спиращият мотор да са от една и съща страна на автомобила.

Как да позиционирате LDR

Тъй като двата LDR (LDR1 и LDR2) трябва да усещат отразената светлина от бялата линия равномерно, тяхната ориентация трябва да бъде перпендикулярна на дължината на линията, както е показано по-долу.

Тук предположихме, че превозното средство се движи отдясно наляво, следвайки определена линия по същия път.

Общата ширина на LDR трябва да попада в ширината на линията.

LDR и светодиодът трябва да бъдат инсталирани в долната повърхност на автомобила и за предпочитане в задната страна, точно под задната колела.

Посоченият светодиод е бял светодиод със сериен резистор 1K. Той трябва да бъде разположен близо до LDR и в центъра, като гарантира, че светлината от LDR не достига директно LDR, вместо това светлината трябва да достигне LDR чрез отражение от бялата линия под тях.

Моторни спецификации

Двигателите могат да бъдат от всякакъв тип четка с постоянен магнит, но той трябва да бъде оборудван със скоростна кутия, за да се гарантира, че движението на автомобила е подходящо бавно и стабилно.

Номиналната мощност на двигателя трябва да съответства на товара, който превозното средство трябва да носи. Това може да бъде проверено чрез някои практически експерименти.

Как да настроите

За да настроите тази верига на последовател на превозно средство, ще трябва да подредите малка лента от бяла линия, боядисана на равна повърхност, или бяла лента, залепена върху плоската повърхност.

Позиционирайте системата (без колела) над линията, както е посочено в предишната диаграма, така че LDR и LED са правилно коригирани в ширината на линията.

Включете захранването, белият светодиод трябва да осветява ярко зоната под него. Регулирайте двете предварителни настройки, докато и двата двигателя не се включат едновременно.

Сега преместете устройството леко отдясно, така че LDR1 да се измести от бялата линия.

Лявият мотор трябва да спре. Ако не стане, регулирайте P1, докато левият двигател просто спре.

След това преместете устройството леко вляво, така че LDR2 да се измести от бялата линия. Това трябва да спре десния мотор. Ако не стане, настройте предварително зададената 10k, докато десният двигател просто спре.

Това ще завърши процедурите за настройка и сега можете да инсталирате колелата на двигателите и да използвате това управлявано превозно средство, за да следвате автоматично определена писта на земята.

Бяла линия срещу Черна линия

Предложената система за следене на линии се основава на бяла линия, вградена в земята, вместо на черна линия. Предимството на използването на бяла линия вместо черна линия е, както следва:

Бялата линия изглежда по-елегантна и прилична в сравнение с черната линия.

Линията, базирана на бяла линия, може да работи дори при пълен мрак или слаби околни светлини. Дизайнът, базиран на черна светлина, обикновено изисква външно осветление, за да поддържа автомобила в експлоатация.

AGV, базиран на бяла линия, работи по-точно, независимо от цвета на плочките, с изключение на плочките, които са изключително бели или еквивалентни на цвета на бялата линия.

Преобразуване на превозното средство в последовател на черна линия

Въпреки горепосочените предимства, ако потребителят предпочита автомобилът да следва черна линия, тогава системата може лесно да бъде трансформирана, за да го направи чрез няколко бързи модификации в предложения дизайн.

Потребителят трябва просто да размени или замени връзките на входните щифтове на операционните усилватели с предварително зададените настройки и да премахне светодиода, свързан с LDR.