Einfacher Line Follower-Fahrzeugkreis mit Operationsverstärkern

Der Artikel erklärt eine einfache Line-Follower-Fahrzeugschaltung, die auch als Line-Tracker-Fahrzeug bezeichnet wird und nur ein paar Operationsverstärker und einige andere Komponenten verwendet, ohne komplexe Arduino- oder Mikrocontroller zu verwenden.

Was ist ein Line Follower Fahrzeug?

Ein Linienfolgerfahrzeug ist eine Form eines automatisch geführten Fahrzeugs (Automatic Guided Vehicle, AGV), das durch Erkennen einer weißen Linie fährt, die auf dem Boden gezeichnet oder eingebettet ist. Das Signal von den Detektoren befiehlt den motorisierten Rädern, sich automatisch zu drehen und entsprechend der Linie einzustellen, wodurch der Eindruck entsteht, dass das Fahrzeug der Linie folgt. Daher der Namenszeilenfolger.

Grundsätzlich liegen die Detektoren in Form von vor Fotowiderstände wie LDRs oder Halbleiter-Lichtdetektoren wie Fotodioden oder Fototransistoren .

Ein paar davon Lichtdetektoren werden verwendet, die das reflektierte Licht von der weißen Linie erfassen und eine Transistorschaltung oder Komparatoren auf Operationsverstärkerbasis schalten, die wiederum die Radmotoren des Fahrzeugs so steuern, dass sie gemäß den Kurven und Kurven der weißen Linie am Boden manövrieren.

Verwenden von Fensterkomparatoren

In der vorgeschlagenen Linienfolger-Fahrzeugschaltung haben wir einige verwendet Operationsverstärker-Komparatoren schaltete die Motoren in den Spagat ein.

Die Operationsverstärker sind als Fenster montiert Sharer . Wie der Name schon sagt, vergleicht ein Fensterkomparator das Eingangssignal der Detektoren mit zwei Extremspannungsreferenzen, die die 'Fenster' -Schwellenwerte bilden. Solange der Eingangssignalpegel innerhalb dieser 'Fenster'-Referenzschwellen liegt, behält der Ausgang beider Operationsverstärker über ihre Ausgänge eine hohe Logik bei.

In einem Fall, in dem das Eingangssignal dazu neigt, die Referenzschwellen zu überschreiten, wird der relevante Operationsverstärkerausgang niedrig, was zu entgegengesetzten Ausgängen der Operationsverstärker führt. Diese Unwucht veranlasst die Ausgabegeräte, die Situation durch geeignetes Umschalten der Lasten zu korrigieren.

Wie die Schaltung funktioniert

Unter Bezugnahme auf den Schaltplan des Linienfolgerfahrzeugs unten sehen wir zwei Operationsverstärker, die als Fensterkompartimente konfiguriert sind.

Die Operationsverstärker können vom IC LM358 oder LM324 stammen

Der obere Operationsverstärker ist zur Steuerung des oberen Schwellenwerts verdrahtet, während der untere Operationsverstärker zur Steuerung des unteren Schwellenwerts angeschlossen ist.

Der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A1 und der nicht invertierende Eingang des Operationsverstärkers A2 werden mit einer festen Referenzspannung geklemmt

Der nichtinvertierende Eingang des Operationsverstärkers A1 und der invertierende Eingang des Operationsverstärkers A2 werden miteinander verbunden und zum Erfassen der Schwankungen des Eingangssignals von den Lichtdetektoren verwendet.

Die beiden lichtabhängigen Widerstände LDR1 und LDR2, die wie lichtempfindliche Geräte wirken, sind als Lichtdetektoren so positioniert, dass sie das reflektierte Licht von der weißen Linie gleichmäßig auf ihnen empfangen.

Solange das Licht an den LDRs ausreichend hoch und gleichmäßig ist, bleibt der Pin3 von A1 höher als sein Pin2, da LDR1 mit der positiven Leitung verbunden ist. Dies führt dazu, dass der Ausgang hoch geht.

Ebenso wird Pin6 von A2 aufgrund der LDR2-Verbindung mit der Erdungsleitung niedriger als Pin5 gehalten, und dies ermöglicht es dem Ausgang von A2, hoch zu bleiben.

Mit anderen Worten, wenn die LDRs gleichmäßig leuchten, werden die nicht invertierenden (+) Eingänge der beiden Operationsverstärker höher gehalten als ihre invertierenden (-) Eingänge, wodurch ihre Ausgänge hoch werden.

Wenn beide Ausgänge hoch sind, halten die Transistortreiber die jeweiligen Motoren gleichmäßig laufen, was es dem Fahrzeug entsprechend ermöglicht, reibungslos über eine gerade Linie zu laufen.

Wie das Fahrzeug der Linie folgt

Wenn eine gekrümmte weiße Linie angetroffen wird, weicht einer der LDRs von der Linie ab und verursacht einen Lichtunterschied am Punkt A der Schaltung. Dies führt anschließend dazu, dass der relevante Operationsverstärkerausgang niedrig wird und der relevante Motor vorübergehend stoppt.

In dieser Situation zwingt der Motor der anderen Seite, der noch in Betrieb ist, das Fahrzeug, sich in Richtung des Biegewinkels der Linie zu drehen, wodurch der schattierte LDR in den beleuchteten Bereich der weißen Linie zurückgebracht wird. In diesem Fall werden beide Motoren wieder betriebsbereit, sodass das Fahrzeug normal laufen kann.

Das obige automatische EIN / AUS-Umschalten zwischen den linken / rechten Motoren als Reaktion auf leichte Abweichungen von den gebogenen weißen Linien zwingt das Fahrzeug, sich weiter gemäß der weißen Linie einzustellen und zu manövrieren.

Wie man das Fahrzeug baut

In einem meiner früheren Beiträge haben wir gelernt, wie a einfaches ferngesteuertes Fahrzeug könnte mit nur ein paar Motoren gebaut werden, die an der Hinterkante einer rechteckigen Platte angebracht sind, und mit zwei Blindrädern an der Vorderkante der Platte.

Auch für die vorgeschlagene Linienfolger-Fahrzeugschaltung verwenden wir eine ähnliche Konstruktion für das Fahrzeug, wie in der obigen Abbildung gezeigt.

Die Anordnung sieht ziemlich einfach aus, die Hinterräder sind mit Motoren ausgestattet, die von den Transistortreibern über die Operationsverstärkerausgänge gesteuert werden.

Wenn das Fahrzeug von der Leitung abweicht, schaltet der Unterschied in der Lichtstärke der LDRs einen der Operationsverstärker aus und stoppt den entsprechenden Motor.

Dies zwingt den Motor der Gegenseite, der betriebsbereit ist, sich zur Seite des angehaltenen Motors zu drehen. Wenn der Motor der linken Seite gebremst wird, wird das Fahrzeug gezwungen, sich in die gleiche Richtung nach links zu drehen und sich an die Biegelinie anzupassen.

Dies legt auch nahe, dass die Links / Rechts-Motorintegration mit den Operationsverstärkerausgängen angemessen erfolgen sollte, so dass sich die Biegerichtung der Leitung und des zu stoppenden Motors auf derselben Seite des Fahrzeugs befinden.

So positionieren Sie die LDRs

Da die beiden LDRs (LDR1 und LDR2) das von der weißen Linie reflektierte Licht gleichmäßig erfassen sollen, sollte ihre Ausrichtung senkrecht zur Länge der Linie sein, wie unten gezeigt.

Hier haben wir angenommen, dass das Fahrzeug von rechts nach links fährt und einer festgelegten Linie auf demselben Weg folgt.

Die Gesamtbreite der LDRs sollte innerhalb der Linienbreite liegen.

Die LDRs und die LED sollten an der Unterseite des Fahrzeugs und vorzugsweise an der Rückseite direkt unter dem Hinterradsatz installiert werden.

Die angezeigte LED ist eine weiße LED mit einem Serienwiderstand 1K. Es muss in der Nähe der LDRs und in der Mitte positioniert werden, um sicherzustellen, dass das Licht des LDR die LDRs nicht direkt erreicht, sondern das Licht die LDRs durch Reflexion von der weißen Linie unter ihnen erreicht.

Motorspezifikationen

Die Motoren können von jedem Typ mit Permanentmagnetbürste sein, sie sollten jedoch mit einem Getriebe ausgestattet sein, um sicherzustellen, dass die Bewegung des Fahrzeugs angemessen langsam und gleichmäßig ist.

Die Nennleistung des Motors sollte der Last entsprechen, die das Fahrzeug tragen soll. Dies kann durch einige praktische Experimente getestet werden.

Wie stellt man das ein

Um diese Fahrzeugleitung für Linienfolger einzurichten, müssen Sie einen kleinen Streifen weißer Linie auf einer ebenen Fläche oder ein weißes Klebeband auf der ebenen Fläche anordnen.

Positionieren Sie das System (ohne Räder) über der Linie, wie im vorherigen Diagramm angegeben, so dass die LDRs und die LED sind innerhalb der Linienbreite korrekt eingestellt.

Schalten Sie die Stromversorgung ein, die weiße LED sollte den Bereich darunter hell beleuchten. Passen Sie die beiden Voreinstellungen an, bis beide Motoren gleichzeitig eingeschaltet sind.

Verschieben Sie nun das Gerät leicht nach rechts, sodass sich der LDR1 aus der weißen Linie herausbewegt.

Der linke Motor sollte anhalten. Wenn dies nicht der Fall ist, stellen Sie den P1 ein, bis der linke Motor gerade stoppt.

Bewegen Sie das Gerät anschließend leicht nach links, damit sich der LDR2 aus der weißen Linie herausbewegt. Dies sollte den Motor auf der rechten Seite anhalten. Wenn dies nicht der Fall ist, stellen Sie die 10k-Voreinstellung so lange ein, bis der Motor auf der rechten Seite gerade stoppt.

Damit sind die Einrichtungsvorgänge abgeschlossen. Jetzt können Sie die Räder an den Motoren anbringen und mit diesem geführten Fahrzeug automatisch einer auf dem Boden festgelegten Spur folgen.

Weiße Linie gegen schwarze Linie

Das vorgeschlagene Linienfolger-Fahrzeugsystem basiert auf einer weißen Linie, die in den Boden eingebettet ist, anstelle einer schwarzen Linie. Die Verwendung einer weißen Linie anstelle einer schwarzen Linie bietet folgende Vorteile:

Die weiße Linie sieht eleganter und anständiger aus als die schwarze Linie.

White Line Based Line Follower können auch bei völliger Dunkelheit oder gedämpftem Umgebungslicht eingesetzt werden. Bei Designs mit Schwarzlicht ist normalerweise eine externe Beleuchtung erforderlich, um das Fahrzeug betriebsbereit zu halten.

Ein auf weißen Linien basierendes FTF arbeitet unabhängig von der Fliesenfarbe genauer, mit Ausnahme von Fliesen, die extrem weiß sind oder der Farbe der weißen Linie entsprechen.

Umbau des Fahrzeugs in einen Black Line Follower

Wenn der Benutzer trotz der oben genannten Vorteile bevorzugt, dass das Fahrzeug einer schwarzen Linie folgt, kann das System durch einige schnelle Änderungen des vorgeschlagenen Designs leicht dazu transformiert werden.

Der Benutzer muss lediglich die Eingangs-Pin-Verbindungen der Operationsverstärker mit den Voreinstellungen austauschen oder austauschen und die den LDRs zugeordnete LED entfernen.