Simple Line Follower Vehicle Circuit ved hjelp av Op Amps

Artikkelen forklarer en enkel linje-følgebilkrets, også kjent som line tracker-kjøretøy, ved hjelp av bare et par op-forsterkere og noen få andre komponenter, uten å bruke komplekse Arduino eller mikrokontrollere.

Hva er et Line Follower Vehicle

Et linjefølgerbil er en form for Automatic Guided Vehicle (AGV) som kjører ved å oppdage en hvit linje trukket eller innebygd på bakken. Signalet fra detektorene befaler de motoriserte hjulene å dreie og justere seg automatisk i samsvar med linjen, noe som gir et inntrykk av at kjøretøyet følger linjen. Derav navnelinjefølgeren.

I utgangspunktet er detektorene i form av fotomotstander som LDR eller halvledere lysdetektorer som fotodioder eller fototransistorer .

Et par slike lysdetektorer brukes som oppdager det reflekterte lyset fra den hvite linjen og bytter en transistorisert krets eller op amp-baserte komparatorer, som igjen styrer hjulmotorene til kjøretøyet for å manøvrere i samsvar med svingene og kurvene til den hvite linjen på bakken.

Bruke vinduskomparatorer

I den foreslåtte linjefølgerbilkretsen har vi brukt et par op amp-komparatorer var å engasjere motorene i balansegangen.

Op-forsterkerne er rigget som vindu delere . Som navnet antyder, sammenligner en vinduskomparator inngangssignalet fra detektorene med to ekstreme spenningsreferanser som utgjør 'vindus' terskler. Så lenge inngangssignalnivået er innenfor dette 'vinduets' referanseterskler, holder utgangen fra begge op-forsterkerne høy logikk på tvers av utgangene.

Imidlertid, i tilfelle inngangssignalet har en tendens til å krysse referanseterskelverdiene, blir den relevante op-amp-utgangen lav, noe som resulterer i motstridende utganger fra op-ampene. Denne ubalansen ber utgangsenhetene om å korrigere situasjonen ved å bytte lastene på riktig måte.

Hvordan kretsen fungerer

Med henvisning til kretsskjemaet for linjefølgerbilen nedenfor, kan vi se to op-forsterkere konfigurert som vinduskompartorer.

Op-forsterkerne kan være fra IC LM358 eller LM324

Den øvre op amp er koblet for å kontrollere den øvre terskelgrensen, mens den nedre op amp er koblet for å kontrollere den nedre terskelgrensen.

Den inverterende inngangen til op amp A1 og ikke-inverterende input av op amp A2 er fastspent med fast referansespenning

Den ikke-inverterende inngangen til op amp A1, og den inverterende input av op amp A2 er bundet sammen og brukes til å registrere variasjonene i inngangssignalet fra lysdetektorene.

De to lysavhengige motstandene, LDR1 og LDR2, som fungerer som lyssensitive enheter, er plassert som lysdetektorer, slik at de mottar det reflekterte lyset fra den hvite linjen jevnt på seg.

Så lenge lyset på LDR-ene er tilstrekkelig høyt og jevnt, forblir pin3 i A1 høyere enn pin2 siden LDR1 er festet med den positive linjen. Dette fører til at produksjonen går høyt.

På samme måte holdes pin6 i A2 lavere enn pin5 på grunn av LDR2-forbindelsen med jordlinjen, og dette gjør at utgangen fra A2 kan holde seg høy.

Med andre ord, når LDR-ene lyser jevnt, holdes de ikke-inverterende (+) inngangene til begge op-forsterkerne høyere enn deres inverterende (-) innganger som får utgangene til å gå høyt.

Med begge utgangene høye holder transistordriverne de respektive motorene jevnt, noe som tilsvarende lar kjøretøyet kjøre jevnt over en rett linje.

Hvordan kjøretøyet følger linjen

Når det oppstår en buet hvit linje, avviker en av LDR-ene fra linjen og forårsaker en forskjell i lys ved punkt A i kretsen. Dette fører deretter til at den relevante op-amp-utgangen blir lav og en midlertidig stopp av den aktuelle motoren.

I denne situasjonen tvinger den andre sidemotoren som fremdeles er i drift kjøretøyet til å svinge mot linjens bøyevinkel, som bringer den skyggelagte LDR tilbake i det opplyste området av den hvite linjen. Når dette skjer, blir begge motorene igjen i drift, slik at kjøretøyet kan kjøre normalt.

Ovennevnte automatiske PÅ / AV-omkobling over venstre / høyre motor som svar på lysvariasjoner fra de bøyende hvite linjene tvinger kjøretøyet til å fortsette å justere og manøvrere i samsvar med den hvite linjen.

Hvordan bygge kjøretøyet

I et av mine tidligere innlegg lærte vi hvordan en enkelt fjernstyrt kjøretøy kan bygges ved hjelp av bare et par motorer festet til bakkanten av et rektangulært brett, og par dummyhjul i forkanten av brettet.

Også for den foreslåtte linjefølgerbilkretsen bruker vi en lignende konstruksjon for kjøretøyet, som vist i figuren ovenfor.

Arrangementet ser ganske enkelt ut, bakhjulene er festet med motorer som styres av transistordrivere over op-amp-utgangene.

Når kjøretøyet avviker fra linjen, slår forskjellen i lysnivå på LDRene seg av en av forsterkerne, og stopper den aktuelle motoren.

Dette tvinger den motsatte sidemotoren som er i drift, til å svinge mot siden av den stoppede motoren, noe som betyr at hvis motoren på venstre side er bremset, vil kjøretøyet bli tvunget til å svinge mot venstre, og justere seg til bøyelinjen, i samme retning.

Dette antyder også at venstre / høyre motorintegrasjon med op amp-utgangene skal gjøres på riktig måte slik at bøyeretningen til linjen og motoren som stoppes er på samme side av kjøretøyet.

Hvordan plassere LDR-ene

Siden de to LDR-ene (LDR1 og LDR2) skal føle det reflekterte lyset fra den hvite linjen jevnt, bør orienteringen være vinkelrett på linjens lengde, som vist nedenfor.

Her har vi antatt at kjøretøyet skal kjøre fra høyre til venstre, etter en nedlagt linje i samme vei.

LDRs totale bredde bør falle innenfor bredden på linjen.

LDR-er og LED-en skal installeres på undersiden av kjøretøyet, og helst på baksiden, like under bakhjulsettet.

Den angitte LED-en er en hvit LED med en serie 1K motstand. Den må være plassert nær LDR-ene og i midten, og sørge for at lyset fra LDR ikke når LDR-ene direkte, i stedet skal lyset nå LDR-ene ved refleksjon fra den hvite linjen under dem.

Motorspesifikasjoner

Motorene kan være av en hvilken som helst permanent børstet type, men den skal være utstyrt med en girkasse for å sikre at kjøretøyets bevegelse er passende sakte og jevn.

Motorens effektklassifisering bør være i henhold til belastningen som kjøretøyet skal bære. Dette kan testes gjennom noen praktiske eksperimenter.

Hvordan sette opp

For å sette opp denne linjefølgerbilkretsen, må du ordne en liten stripe med hvit linje malt på en flat overflate, eller et hvitt bånd som sitter fast på den flate overflaten.

Plasser systemet (uten hjul) over linjen, som angitt i forrige diagram, slik at LDR og LED er riktig justert innenfor linjens bredde.

Slå på strømmen, den hvite lysdioden skal lyse området under den sterkt. Juster de to forhåndsinnstillingene til begge motorene slås PÅ samtidig.

Skift enheten litt til høyre slik at LDR1 beveger seg ut av den hvite linjen.

Venstre motor skal stoppe. Hvis ikke, justerer du P1 til venstre motor bare stopper.

Deretter flytter du enheten litt til venstre slik at LDR2 beveger seg ut av den hvite linjen. Dette skal stoppe motoren på høyre side. Hvis ikke, justerer du 10k forhåndsinnstillingen til høyre motor bare stopper.

Dette vil fullføre oppsettprosedyrene, og nå kan du installere hjulene på motorene og bruke dette guidede kjøretøyet til automatisk å følge et lagt spor på bakken.

White Line vs Black Line

Det foreslåtte linjefølgersystemet er basert på en hvit linje innebygd på bakken, i stedet for en svart linje. Fordelen med å bruke en hvit linje i stedet for en svart linje er som følger:

Hvit linje ser mer elegant og anstendig ut i forhold til svart linje.

Hvit linjebasert linjefølger kan fungere selv i mørke eller svake omgivelseslys. Svarte lysbaserte design krever normalt en ekstern belysning for å holde kjøretøyet i drift.

En hvit linjebasert AGV fungerer mer nøyaktig, uavhengig av flisefargen, bortsett fra fliser som er ekstremt hvite eller tilsvarer fargen på den hvite linjen.

Konvertering av kjøretøyet til en svart linjefølger

Til tross for de ovennevnte fordelene, hvis brukeren foretrekker at kjøretøyet følger en svart linje, kan systemet lett transformeres til å gjøre det gjennom noen få raske modifikasjoner i den foreslåtte utformingen.

Brukeren bare for å bytte ut eller bytte inngangsstifttilkoblingene til op-ampene med forhåndsinnstillingene, og fjerne LED-en som er tilknyttet LDR-ene.