Mạch xe theo dòng đơn giản sử dụng Op Amps

Bài viết giải thích một mạch đơn giản của phương tiện theo dõi đường dây, còn được gọi là phương tiện theo dõi đường dây, chỉ sử dụng một vài op amps và một vài thành phần khác mà không cần sử dụng Arduino hoặc vi điều khiển phức tạp.

Phương tiện đi theo dòng là gì

Xe chạy theo dòng là một dạng Xe có Hướng dẫn Tự động (AGV) chạy bằng cách phát hiện một vạch trắng được vẽ hoặc nhúng trên mặt đất. Tín hiệu từ bộ dò lệnh cho các bánh xe cơ giới tự động quay và điều chỉnh theo vạch, tạo cảm giác rằng xe đang đi theo vạch. Do đó người theo dõi dòng tên.

Về cơ bản, các máy dò có dạng điện trở quang chẳng hạn như LDRs hoặc máy dò ánh sáng bán dẫn như điốt ảnh hoặc bóng bán dẫn ảnh .

Một vài trong số đó máy dò ánh sáng được sử dụng để phát hiện ánh sáng phản xạ từ đường màu trắng và chuyển mạch transistorized hoặc bộ so sánh dựa trên op amp, từ đó điều khiển các động cơ bánh xe của xe chuyển động theo các ngã rẽ và đường cong của đường màu trắng trên mặt đất.

Sử dụng công cụ so sánh cửa sổ

Trong mạch xe chạy theo dòng được đề xuất, chúng tôi đã sử dụng một số bộ so sánh op amp đang thu hút các động cơ vào hành động cân bằng.

Các op amps được thiết kế dưới dạng cửa sổ người chia sẻ . Như tên cho thấy, một bộ so sánh cửa sổ so sánh tín hiệu đầu vào từ các bộ dò với hai tham chiếu điện áp cực hạn tạo thành các ngưỡng 'cửa sổ'. Miễn là mức tín hiệu đầu vào nằm trong ngưỡng tham chiếu 'cửa sổ' này, đầu ra của cả hai bộ khuếch đại op đều duy trì mức logic cao trên các đầu ra của chúng.

Tuy nhiên, trong trường hợp tín hiệu đầu vào có xu hướng vượt qua các ngưỡng tham chiếu, đầu ra amp op liên quan chuyển sang mức thấp, dẫn đến kết quả đầu ra đối lập từ amp op. Sự mất cân bằng này sẽ nhắc các thiết bị đầu ra khắc phục tình trạng bằng cách chuyển đổi các tải một cách thích hợp.

Cách hoạt động của mạch

Tham khảo sơ đồ mạch của phương tiện theo dõi dòng dưới đây, chúng ta có thể thấy hai op amps được cấu hình như bộ tổng hợp cửa sổ.

Các amps op có thể từ IC LM358 hoặc LM324

Bộ khuếch đại op trên được kết nối để kiểm soát giới hạn ngưỡng trên, trong khi amp op dưới được kết nối để kiểm soát giới hạn ngưỡng dưới.

Đầu vào đảo ngược của op amp A1 và đầu vào không đảo của op amp A2 được kẹp với điện áp tham chiếu cố định

Đầu vào không đảo ngược của op amp A1 và đầu vào đảo ngược của op amp A2 được gắn với nhau và được sử dụng để cảm nhận các biến thể trong tín hiệu đầu vào từ bộ phát hiện ánh sáng.

Hai Điện trở Phụ thuộc Ánh sáng, LDR1 và LDR2 hoạt động giống như các thiết bị nhạy cảm với ánh sáng được định vị như các thiết bị phát hiện ánh sáng, sao cho chúng nhận được ánh sáng phản xạ từ vạch trắng trên chúng một cách đồng nhất.

Miễn là ánh sáng trên các LDR đủ cao và đồng đều, chân 3 của A1 vẫn cao hơn chân 2 của nó, vì LDR1 được gắn với đường dương. Điều này khiến sản lượng của nó tăng cao.

Tương tự như vậy, chân 6 của A2 được giữ thấp hơn chân 5 của nó do kết nối LDR2 với đường đất và điều này cho phép đầu ra của A2 ở mức cao.

Nói cách khác, khi các LDR được chiếu sáng đồng đều, các đầu vào không đảo ngược (+) của cả hai amps op được giữ cao hơn so với đầu vào đảo ngược (-) của chúng khiến đầu ra của chúng tăng cao.

Với cả hai đầu ra cao, trình điều khiển bóng bán dẫn giữ cho các động cơ tương ứng hoạt động đồng đều, tương ứng cho phép xe chạy trơn tru trên một đường thẳng.

Phương tiện di chuyển theo dòng

Khi gặp một vạch trắng uốn cong, một trong các LDR lệch khỏi vạch gây ra sự khác biệt về ánh sáng tại điểm A của mạch. Điều này sau đó khiến đầu ra op amp có liên quan xuống thấp và động cơ có liên quan ngừng hoạt động tạm thời.

Trong tình huống này, động cơ bên kia vẫn đang hoạt động buộc xe phải quay về phía góc uốn của đường, điều này đưa LDR bóng mờ trở lại vùng được chiếu sáng của đường trắng. Khi điều này xảy ra, cả hai động cơ đều hoạt động trở lại cho phép xe chạy bình thường.

Việc chuyển đổi BẬT / TẮT tự động ở trên giữa các động cơ trái / phải để phản ứng với sự thay đổi ánh sáng từ các vạch trắng uốn cong buộc xe phải tiếp tục điều chỉnh và di chuyển theo vạch trắng.

Cách chế tạo phương tiện

Trong một trong những bài viết trước đây của tôi, chúng tôi đã học cách xe điều khiển từ xa đơn giản có thể được chế tạo chỉ bằng một vài động cơ gắn vào mép sau của bảng hình chữ nhật và cặp bánh xe giả ở mép trước của bảng.

Đối với mạch xe theo dòng được đề xuất cũng vậy, chúng tôi sử dụng cấu trúc tương tự cho xe, như được trình bày trong hình trên.

Việc sắp xếp trông khá đơn giản, bánh sau được gắn với động cơ được điều khiển bởi các trình điều khiển bóng bán dẫn trên các đầu ra op amp.

Khi xe đi chệch khỏi vạch kẻ đường, sự khác biệt về mức độ ánh sáng trên các đèn LDR sẽ TẮT một trong các ampe quang, làm dừng động cơ liên quan.

Điều này buộc mô-tơ bên đối diện đang hoạt động quay về phía mô-tơ bị dừng, có nghĩa là nếu phanh mô-tơ bên trái, xe sẽ buộc phải quay về hướng trái, điều chỉnh theo đường uốn, theo cùng một hướng.

Điều này cũng cho thấy rằng việc tích hợp động cơ trái / phải với các đầu ra op amp cần được thực hiện một cách thích hợp sao cho hướng uốn cong của đường và động cơ đang dừng ở cùng một phía của xe.

Cách định vị các LDR

Vì hai LDR (LDR1 và LDR2) được cho là cảm nhận ánh sáng phản xạ từ vạch trắng một cách đồng nhất, nên hướng của chúng phải vuông góc với chiều dài của vạch, như hình dưới đây.

Ở đây, chúng tôi đã giả định chiếc xe đang chạy từ phải sang trái, theo một vạch kẻ trên cùng một con đường.

Tổng chiều rộng của LDR phải nằm trong chiều rộng của đường.

LDRs và đèn LED nên được lắp ở bề mặt dưới cùng của xe và tốt nhất là ở phía sau, ngay dưới bộ bánh sau.

Đèn LED được chỉ định là đèn LED màu trắng với điện trở 1K nối tiếp. Nó phải được đặt gần các LDR và ​​ở trung tâm, đảm bảo rằng ánh sáng từ LDR không trực tiếp đến các LDR, thay vào đó, ánh sáng phải đến các LDR bằng cách phản xạ từ vạch trắng dưới chúng.

Thông số động cơ

Động cơ có thể là bất kỳ loại chổi than nam châm vĩnh cửu nào, nhưng nó nên được trang bị hộp số để đảm bảo chuyển động của xe chậm và ổn định một cách thích hợp.

Định mức công suất của động cơ phải dựa trên tải trọng mà xe phải chở. Điều này có thể được kiểm tra thông qua một số thí nghiệm thực tế.

Làm thế nào để thiết lập

Để thiết lập mạch xe theo dòng này, bạn sẽ phải bố trí một dải vạch trắng nhỏ được sơn trên bề mặt phẳng, hoặc một dải băng trắng dán trên bề mặt phẳng.

Định vị hệ thống (không có bánh xe) trên đường thẳng, như được chỉ ra trong sơ đồ trước, sao cho LDR và ​​đèn LED được điều chỉnh chính xác bên trong chiều rộng của dòng.

BẬT nguồn, đèn LED trắng sẽ chiếu sáng khu vực bên dưới đèn sáng. Điều chỉnh hai cài đặt trước cho đến khi cả hai động cơ được BẬT đồng thời.

Bây giờ, hãy dịch chuyển thiết bị sang bên phải một chút để LDR1 di chuyển ra khỏi vạch trắng.

Động cơ bên trái sẽ dừng lại. Nếu không thì điều chỉnh P1 cho đến khi động cơ bên trái dừng lại.

Tiếp theo, di chuyển thiết bị sang bên trái một chút để LDR2 di chuyển ra khỏi vạch trắng. Điều này sẽ tạm dừng động cơ bên phải. Nếu không, hãy điều chỉnh giá trị đặt trước 10k cho đến khi động cơ bên phải dừng lại.

Thao tác này sẽ hoàn tất các thủ tục thiết lập và bây giờ bạn có thể lắp bánh xe vào động cơ và sử dụng phương tiện được hướng dẫn này để tự động đi theo đường đã đặt sẵn trên mặt đất.

Đường trắng so với Đường đen

Hệ thống xe chạy theo dòng được đề xuất dựa trên một vạch trắng được nhúng trên mặt đất, thay vì vạch đen. Lợi ích của việc sử dụng đường trắng thay vì đường đen như sau:

Dòng màu trắng trông thanh lịch và tươm tất hơn so với dòng màu đen.

Thiết bị theo dõi vạch trắng có thể hoạt động ngay cả trong bóng tối hoàn toàn hoặc ánh sáng xung quanh mờ. Các thiết kế dựa trên ánh sáng đen thường yêu cầu đèn chiếu sáng bên ngoài để giữ cho xe hoạt động.

AGV dựa trên vạch trắng hoạt động chính xác hơn bất kể màu gạch nào, ngoại trừ gạch có màu cực trắng hoặc tương đương với màu của vạch trắng.

Chuyển đổi phương tiện thành người theo dõi đường đen

Mặc dù có những ưu điểm trên, nhưng nếu người dùng thích xe đi theo đường màu đen, thì hệ thống có thể dễ dàng chuyển đổi để làm như vậy thông qua một vài sửa đổi nhanh trong thiết kế đề xuất.

Người dùng chỉ cần trao đổi hoặc hoán đổi các kết nối chân đầu vào của op amps với các giá trị đặt trước và loại bỏ đèn LED được liên kết với LDR.