Simple Line Follower Vehicle Circuit ved hjælp af Op Amps

Artiklen forklarer et simpelt line follower køretøj kredsløb, også kendt som line tracker køretøj, ved hjælp af blot et par op forstærkere og et par andre komponenter uden brug af komplekse Arduino eller mikrokontroller.

Hvad er en Line Follower Vehicle

Et linjefølgekøretøj er en form for automatisk styret køretøj (AGV), der kører ved at registrere en hvid linje trukket eller indlejret på jorden. Signalet fra detektorerne beordrer de motoriserede hjul til automatisk at dreje og justere i overensstemmelse med linjen, hvilket giver et indtryk af, at køretøjet følger linjen. Deraf navnet på linjefølgeren.

Dybest set er detektorerne i form af fotomodstande såsom LDR'er eller halvledere lysdetektorer såsom fotodioder eller fototransistorer .

Et par af sådanne lysdetektorer bruges der registrerer det reflekterede lys fra den hvide linje og skifter et transistoriseret kredsløb eller op-amp baserede komparatorer, som igen styrer køretøjets hjulmotorer til at manøvrere i overensstemmelse med svingene og kurverne på den hvide linje på jorden.

Brug af Windows Comparators

I det foreslåede kredsløb til linjefølger har vi brugt et par op amp-komparatorer var at engagere motorerne i balancegangen.

Op-forstærkerne er rigget som vindue delere . Som navnet antyder, sammenligner en vinduskomparator indgangssignalet fra detektorerne med to ekstreme spændingsreferencer, som udgør 'vindues' tærskler. Så længe indgangssignalniveauet er inden for denne 'vindue' referencetærskel, opretholder output fra begge op-forstærkere høj logik på tværs af deres udgange.

I tilfælde af, at indgangssignalet imidlertid har en tendens til at krydse referencetærsklerne, bliver den relevante op-forstærkerudgang lav, hvilket resulterer i modsatte udgange fra op-forstærkerne. Denne ubalance beder outputenhederne om at rette situationen ved at skifte belastningerne korrekt.

Sådan fungerer kredsløbet

Med henvisning til kredsløbsdiagrammet for linjefølgekøretøjet nedenfor kan vi se to op-forstærkere konfigureret som vinduespartnere.

Op-forstærkere kan være fra IC LM358 eller LM324

Den øvre op-forstærker er kablet til at kontrollere den øvre tærskelgrænse, mens den nedre op-forstærker er tilsluttet for at kontrollere den nedre tærskelgrænse.

Den inverterende indgang på op-forstærker A1 og ikke-inverterende indgang på op-forstærker A2 er fastspændt med fast referencespænding

Den ikke-inverterende input af op amp A1 og den inverterende input af op amp A2 er bundet sammen og bruges til at registrere variationerne i input signalet fra lysdetektorerne.

De to lysafhængige modstande, LDR1 og LDR2, der fungerer som lysfølsomme enheder, er placeret som lyssensorer, således at de modtager det reflekterede lys fra den hvide linje ensartet på dem.

Så længe lyset på LDR'erne er tilstrækkeligt højt og ensartet, forbliver pin3 i A1 højere end sin pin2, da LDR1 er fastgjort med den positive linje. Dette får dens produktion til at gå højt.

På samme måde holdes pin6 i A2 lavere end sin pin5 på grund af LDR2-forbindelsen med jordlinjen, og dette gør det muligt for output af A2 at forblive højt.

Med andre ord, når LDR'erne lyser ensartet, holdes de ikke-inverterende (+) indgange fra begge op-forstærkere højere end deres inverterende (-) indgange, der får deres output til at gå højt.

Med begge udgange høje holder transistordriverne de respektive motorer jævnt, hvilket tilsvarende gør det muligt for køretøjet at køre jævnt over en lige linje.

Hvordan køretøjet følger linjen

Når der opstår en buet hvid linje, afviger en af ​​LDR'erne fra linjen, hvilket forårsager en forskel i lys ved punkt A i kredsløbet. Dette får efterfølgende den relevante op-amp-udgang til at blive lav og en kortvarig afbrydelse af den relevante motor.

I denne situation tvinger den anden sidemotor, der stadig er i drift, køretøjet til at dreje mod linjens bøjningsvinkel, hvilket bringer den skraverede LDR tilbage i det oplyste område af den hvide linje. Når dette sker, bliver begge motorer igen i drift, så køretøjet kan køre normalt.

Ovenstående automatiske ON / OFF-skift over venstre / højre motor som reaktion på lysvariationer fra de bøjede hvide linjer tvinger køretøjet til at fortsætte med at justere og manøvrere i overensstemmelse med den hvide linje.

Sådan bygger du køretøjet

I et af mine tidligere indlæg lærte vi, hvordan en simpelt fjernstyret køretøj kunne bygges ved hjælp af blot et par motorer, der er fastgjort til bagkanten af ​​et rektangulært kort og par dummyhjul i forkant af brættet.

Også for det foreslåede kredsløb til linjefølgekøretøjer anvender vi en lignende konstruktion for køretøjet som vist i ovenstående figur.

Arrangementet ser ret simpelt ud, baghjulene er fastgjort med motorer, der styres af transistordrivere på tværs af op-forstærkerens udgange.

Når køretøjet afviger fra linjen, slukker forskellen i lysniveauet på LDR'erne en af ​​op-forstærkerne, hvilket stopper den relevante motor.

Dette tvinger den modsatte sidemotor, der er i drift, til at dreje mod siden af ​​den stoppede motor, hvilket betyder, at hvis venstre motor er bremset, vil køretøjet blive tvunget til at dreje mod venstre og tilpasse sig bøjningslinjen i samme retning.

Dette antyder også, at venstre / højre motorintegration med op-amp-udgange skal udføres korrekt, således at linjens bøjningsretning og motoren, der stoppes, er på samme side af køretøjet.

Sådan placeres LDR'erne

Da de to LDR'er (LDR1 og LDR2) formodes at registrere det reflekterede lys fra den hvide linje ensartet, bør deres orientering være vinkelret på længden af ​​linjen, som vist nedenfor.

Her har vi antaget, at køretøjet kører fra højre mod venstre efter en fastlagt linje i samme sti.

LDR'ernes samlede bredde skal falde inden for linjens bredde.

LDR'erne og LED'en skal installeres på køretøjets bundflade og helst på bagsiden lige under baghjulsættet.

Den angivne LED er en hvid LED med en serie 1K modstand. Det skal placeres tæt på LDR'erne og i midten og sikre, at lyset fra LDR ikke når LDR'erne direkte, i stedet skal lyset nå LDR'erne ved refleksion fra den hvide linje under dem.

Motorspecifikationer

Motorerne kan være af en hvilken som helst permanent magnetbørstet type, men den skal være udstyret med en gearkasse for at sikre, at køretøjets bevægelse er passende langsom og stabil.

Motorens effekt skal være i henhold til den belastning, som køretøjet skal bære. Dette kan testes gennem nogle praktiske eksperimenter.

Sådan opsættes

For at oprette dette line-follower-køretøjskredsløb skal du arrangere en lille stribe hvid linje malet på en flad overflade eller et hvidt tape fast på den flade overflade.

Placer systemet (uden hjul) over linjen som angivet i det foregående diagram, således at LDR'er og LED justeres korrekt inden for linjens bredde.

Tænd for strømmen, den hvide lysdiode skal oplyse området under den kraftigt. Juster de to forudindstillinger, indtil begge motorer tændes samtidigt.

Skub enheden nu let til højre, så LDR1 bevæger sig ud af den hvide linje.

Den venstre motor skal stoppe. Hvis det ikke gør det, skal du justere P1, indtil den venstre motor bare stopper.

Flyt derefter enheden let til venstre, så LDR2 bevæger sig ud af den hvide linje. Dette skal stoppe højre sidemotor. Hvis det ikke gør det, skal du justere 10k-forudindstillingen, indtil højre sidemotor bare stopper.

Dette vil fuldføre opsætningsprocedurerne, og nu kan du installere hjulene på motorerne og bruge dette guidede køretøj til automatisk at følge et fastlagt spor på jorden.

Hvid linje vs sort linje

Det foreslåede linjefølgersystem er baseret på en hvid linje indlejret på jorden i stedet for en sort linje. Fordelen ved at bruge en hvid linje i stedet for en sort linje er som følger:

Hvid linje ser mere elegant og anstændig ud i forhold til sort linje.

Hvid linjebaseret linjefølger kan arbejde selv i totalt mørke eller svagt lys. Sorte lysbaserede designs kræver normalt en ekstern belysning for at holde køretøjet i drift.

En hvid linjebaseret AGV fungerer mere præcist uanset fliserens farve, undtagen fliser, der er ekstremt hvide eller svarende til farven på den hvide linje.

Konvertering af køretøjet til en sort linjefølger

På trods af ovenstående fordele, hvis brugeren foretrækker, at køretøjet følger en sort linje, kunne systemet let transformeres til at gøre det gennem nogle få hurtige ændringer i det foreslåede design.

Brugeren bare for at udveksle eller bytte op-forstærkerens input pin-forbindelser med forudindstillingerne og fjerne LED'en, der er knyttet til LDR'erne.