Eenvoudig lijnvolger-voertuigcircuit met opamps

Het artikel legt een eenvoudig lijnvolger-voertuigcircuit uit, ook wel bekend als lijnvolger-voertuig, met slechts een paar opamps en een paar andere componenten, zonder complexe Arduino of microcontrollers te gebruiken.

Wat is een lijnvolgervoertuig

Een lijnvolger-voertuig is een vorm van automatisch geleid voertuig (AGV) dat rijdt door een witte lijn te detecteren die op de grond is getekend of ingebed. Het signaal van de detectoren geeft de gemotoriseerde wielen de opdracht om automatisch te draaien en af ​​te stellen in overeenstemming met de lijn, waardoor de indruk wordt gewekt dat het voertuig de lijn volgt. Vandaar de naamlijnvolger.

In principe hebben de detectoren de vorm van fotoweerstanden zoals LDR's of halfgeleiders lichtdetectoren zoals fotodiodes of fototransistors ​

Een paar van die licht detectoren worden gebruikt die het gereflecteerde licht van de witte lijn detecteren en een transistorschakeling of opamp-gebaseerde comparatoren schakelen, die op hun beurt de wielmotoren van het voertuig besturen om te manoeuvreren in overeenstemming met de bochten en bochten van de witte lijn op de grond.

Venstervergelijkers gebruiken

In het voorgestelde voertuigcircuit met lijnvolger hebben we er een paar gebruikt op amp vergelijkers was bezig de motoren in de evenwichtsoefening te betrekken.

De opamps zijn opgetuigd als raam delers ​Zoals de naam suggereert, vergelijkt een venstercomparator het ingangssignaal van de detectoren met twee extreme spanningsreferenties die de 'venster'-drempels vormen. Zolang het ingangssignaalniveau binnen deze 'venster'-referentiedrempels valt, behoudt de uitgang van beide opamps een hoge logica over hun uitgangen.

In het geval dat het ingangssignaal echter de referentiedrempels overschrijdt, wordt de relevante opamp-uitgang laag, wat resulteert in tegengestelde uitgangen van de opamps. Deze onbalans zorgt ervoor dat de uitvoerapparaten de situatie corrigeren door de belastingen op de juiste manier om te schakelen.

Hoe het circuit werkt

Verwijzend naar het schakelschema van het lijnvolgervoertuig hieronder, zien we twee opamps geconfigureerd als venstercomponenten.

De opamps kunnen afkomstig zijn van de IC LM358 of LM324

De bovenste opamp is bedraad om de bovenste drempellimiet te regelen, terwijl de onderste opamp is aangesloten om de onderste drempellimiet te regelen.

De inverterende ingang van opamp A1 en niet-inverterende ingang van opamp A2 zijn geklemd met een vaste referentiespanning

De niet-inverterende ingang van opamp A1 en de inverterende ingang van de opamp A2 zijn met elkaar verbonden en worden gebruikt voor het detecteren van de variaties in het ingangssignaal van de lichtdetectoren.

De twee lichtafhankelijke weerstanden, LDR1 en LDR2, die werken als lichtgevoelige apparaten, zijn als lichtdetectoren gepositioneerd, zodat ze het gereflecteerde licht van de witte lijn gelijkmatig erop ontvangen.

Zolang het licht op de LDR's voldoende hoog en uniform is, blijft pin3 van A1 hoger dan pin2, aangezien LDR1 met de positieve lijn is verbonden. Dit zorgt ervoor dat de output hoog wordt.

Evenzo wordt pin6 van A2 lager gehouden dan pin5 vanwege de LDR2-verbinding met de aardingslijn, waardoor de output van A2 hoog blijft.

Met andere woorden, wanneer de LDR's uniform verlicht zijn, worden de niet-inverterende (+) ingangen van de beide opamps hoger gehouden dan hun inverterende (-) ingangen, waardoor hun uitgangen hoog worden.

Met beide uitgangen hoog houden de transistorstuurprogramma's de respectievelijke motoren gelijkmatig draaiend, waardoor het voertuig dienovereenkomstig soepel over een rechte lijn kan rijden.

Hoe het voertuig de lijn volgt

Wanneer een gebogen witte lijn wordt aangetroffen, wijkt een van de LDR's af van de lijn waardoor er een verschil in licht ontstaat op punt A van het circuit. Dit zorgt er vervolgens voor dat de relevante opamp-uitgang laag wordt en een tijdelijke stopzetting van de relevante motor.

In deze situatie dwingt de andere, nog werkende zijmotor het voertuig om naar de buighoek van de lijn te draaien, waardoor de gearceerde LDR terugkomt in het verlichte gebied van de witte lijn. Wanneer dit gebeurt, worden beide motoren weer operationeel waardoor het voertuig normaal kan draaien.

De bovenstaande automatische AAN / UIT-schakeling tussen de links / rechts-motoren in reactie op lichtvariaties van de buigende witte lijnen dwingt het voertuig om zich aan te passen en te manoeuvreren in overeenstemming met de witte lijn.

Hoe het voertuig te bouwen

In een van mijn eerdere berichten hebben we geleerd hoe a eenvoudig op afstand bestuurbaar voertuig kon worden gebouwd met slechts een paar motoren die aan de achterkant van een rechthoekig bord waren bevestigd, en een paar dummywielen aan de voorkant van het bord.

Ook voor het voorgestelde voertuigcircuit met lijnvolger gebruiken we een vergelijkbare constructie voor het voertuig, zoals weergegeven in de bovenstaande afbeelding.

De opstelling ziet er vrij eenvoudig uit, de achterwielen zijn bevestigd met motoren die worden aangestuurd door de transistordrivers over de opamp-uitgangen.

Wanneer het voertuig afwijkt van de lijn, schakelt het verschil in lichtniveau op de LDR's een van de opamps uit en stopt de betreffende motor.

Dit dwingt de motor aan de andere kant die in werking is, om naar de kant van de stilstaande motor te draaien, wat betekent dat als de motor aan de linkerkant wordt geremd, het voertuig gedwongen wordt naar links te draaien en zich aan de buiglijn aan te passen in dezelfde richting.

Dit suggereert ook dat de links / rechts-motorintegratie met de opamp-uitgangen op de juiste manier moet gebeuren, zodat de buigrichting van de lijn en de motor die wordt gestopt zich aan dezelfde kant van het voertuig bevinden.

Hoe de LDR's te positioneren

Aangezien de twee LDR's (LDR1 en LDR2) verondersteld worden het gereflecteerde licht van de witte lijn gelijkmatig te detecteren, moet hun oriëntatie loodrecht op de lengte van de lijn staan, zoals hieronder weergegeven.

Hier hebben we aangenomen dat het voertuig van rechts naar links rijdt en een neergelegde lijn volgt op hetzelfde pad.

De totale breedte van de LDR moet binnen de breedte van de lijn vallen.

De LDR's en de LED moeten aan de onderkant van het voertuig worden geïnstalleerd, en bij voorkeur aan de achterkant, net onder het achterwielstel.

De aangegeven LED is een witte LED met een serie 1K weerstand. Het moet dicht bij de LDR's en in het midden worden geplaatst, zodat het licht van de LDR de LDR's niet rechtstreeks bereikt, in plaats daarvan moet het licht de LDR's bereiken door reflectie van de witte lijn eronder.

Motor specificaties

De motoren kunnen van elk permanent magnetisch geborsteld type zijn, maar ze moeten zijn uitgerust met een versnellingsbak om ervoor te zorgen dat de beweging van het voertuig voldoende langzaam en stabiel is.

Het vermogen van de motor moet overeenkomen met de lading die het voertuig moet dragen. Dit kan worden getest door middel van praktische experimenten.

Hoe te installeren

Om dit voertuigcircuit met lijnvolger op te zetten, moet u een kleine strook witte lijn op een plat oppervlak aanbrengen of een witte tape op het platte oppervlak plakken.

Plaats het systeem (zonder wielen) over de lijn, zoals aangegeven in het vorige diagram, zodat de LDR's en de LED correct zijn afgesteld binnen de breedte van de lijn.

Schakel de stroom in, de witte LED moet het gebied eronder helder verlichten. Pas de twee voorinstellingen aan totdat beide motoren tegelijkertijd worden ingeschakeld.

Schuif nu de unit iets naar rechts zodat de LDR1 uit de witte lijn komt.

De linkermotor moet stoppen. Als dat niet het geval is, pas dan de P1 aan totdat de linkermotor net stopt.

Verplaats de eenheid vervolgens een beetje naar links zodat de LDR2 uit de witte lijn komt. Dit zou de motor aan de rechterkant moeten stoppen. Als dit niet het geval is, pas dan de 10k-preset aan totdat de motor aan de rechterkant net stopt.

Hiermee zijn de instellingsprocedures voltooid en kunt u nu de wielen op de motoren installeren en dit geleide voertuig gebruiken om automatisch een afgelegd spoor op de grond te volgen.

Witte lijn versus zwarte lijn

Het voorgestelde voertuigsysteem voor lijnvolgers is gebaseerd op een witte lijn die in de grond is ingebed, in plaats van een zwarte lijn. Het voordeel van het gebruik van een witte lijn in plaats van een zwarte lijn is als volgt:

Witte lijn ziet er eleganter en fatsoenlijker uit in vergelijking met zwarte lijn.

Op witte lijnen gebaseerde lijnvolger kan zelfs in totale duisternis werken of bij gedimd omgevingslicht. Op zwart licht gebaseerde ontwerpen vereisen normaal gesproken een externe verlichting om het voertuig operationeel te houden.

Een op witte lijn gebaseerde AGV werkt nauwkeuriger, ongeacht de tegelkleur, behalve voor tegels die extreem wit zijn of gelijk zijn aan de kleur van de witte lijn.

Het voertuig ombouwen tot een Black Line Follower

Ondanks de bovenstaande voordelen, als de gebruiker er de voorkeur aan geeft dat het voertuig een zwarte lijn volgt, kan het systeem gemakkelijk worden getransformeerd om dit te doen door middel van een paar snelle aanpassingen in het voorgestelde ontwerp.

De gebruiker hoeft alleen maar de input pin-aansluitingen van de opamps te verwisselen of om te wisselen met de presets, en de LED te verwijderen die bij de LDR's hoort.