如何在不使用單片機(jī)的情況下制作直線跟隨機(jī)器人

直線跟隨機(jī)器人(Line follower Robot， LFR)是一種跟隨一條線的機(jī)器，它可以是一條黑線，也可以是一條白線。下面的行bot是初學(xué)者友好和有趣的理解和構(gòu)建。雖然Line follower bots很受歡迎，并且通常使用Arduino或其他微控制器構(gòu)建，但讓我們嘗試在沒(méi)有微控制器的情況下構(gòu)建相同的機(jī)器人，并實(shí)際了解其工作背后的邏輯，以及使用基本的電子產(chǎn)品來(lái)設(shè)計(jì)邏輯電路。顧名思義，機(jī)器人基本上是沿著一條線走，但可以建立更高級(jí)的版本，比如，我們可以讓機(jī)器人跟蹤這條線，找到起點(diǎn)和終點(diǎn)之間的短距離，或者讓機(jī)器人解決迷宮的線，等等。讓我們?cè)谶@里嘗試一個(gè)簡(jiǎn)單的基本行。該機(jī)器人基本上由一對(duì)紅外傳感器組成，用于檢測(cè)線路，兩個(gè)電機(jī)用于控制運(yùn)動(dòng)和方向。

所需的組件在建設(shè)線跟隨Bot

?紅外發(fā)光二極管，發(fā)射器和接收器(2對(duì))

?電阻100k， 220歐姆，1k(各2個(gè))

?發(fā)光二極管

?預(yù)置(可變電阻)(10k) (2)

?LM358集成電路

?L293D集成電路

?BO電機(jī)及車輪(2)

?頭針

?穿孔板

?電線

?底盤

?9V電池(附電池夾)(2)

理解行跟隨Bot的工作原理

通過(guò)比較器電路的工作和L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的工作相結(jié)合，得到了簡(jiǎn)單的工作邏輯。紅外傳感器輸出到LM358比較器IC。當(dāng)紅外led檢測(cè)到它前面的一些物體(或者在我們的情況下，檢測(cè)到白光)時(shí)，IC提供高輸出。然后比較器IC給出高輸出(VCC)。這被用作決定是否驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸入信號(hào)。由于每個(gè)紅外傳感器與每個(gè)電機(jī)相關(guān)聯(lián)，我們可以通過(guò)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)電機(jī)來(lái)運(yùn)行電機(jī)，我們可以通過(guò)一次只驅(qū)動(dòng)一個(gè)電機(jī)來(lái)轉(zhuǎn)彎。

了解紅外傳感器的工作原理

紅外傳感器是機(jī)器人能夠跟隨線路的原因。你也可以使用紅外傳感器模塊，但在這里我們已經(jīng)建立了紅外傳感器。一旦您了解它的工作原理，構(gòu)建紅外傳感器就很簡(jiǎn)單。紅外傳感器主要由紅外發(fā)送器(紅外LED)和紅外接收器(光電二極管)組成。有時(shí)，紅外LED和光電二極管一起被稱為光耦合器或光電耦合器。紅外發(fā)射LED，顧名思義，發(fā)射紅外光。根據(jù)波長(zhǎng)、輸出功率和響應(yīng)時(shí)間的不同，紅外發(fā)射機(jī)可以分為不同的類型。與此類似，根據(jù)波長(zhǎng)、電壓、封裝和其他因素，有各種各樣的紅外接收器。在紅外發(fā)射-接收組合中使用時(shí)，接收器的波長(zhǎng)應(yīng)與發(fā)射器的波長(zhǎng)相匹配。紅外發(fā)射和接收l(shuí)ed的照片如下所示。

當(dāng)紅外LED發(fā)射紅外線時(shí)，如果有任何物體阻擋了紅外線，物體的表面就會(huì)反射紅外線，而紅外光電二極管對(duì)這些射線很敏感。紅外光電二極管接收這些反射的紅外射線，因此，電阻和輸出電壓相應(yīng)變化。利用這種輸出電壓(或光電二極管的電阻)的變化，我們可以構(gòu)建邏輯電路。這就是紅外傳感器的基本工作原理;我們將使用它來(lái)檢測(cè)線路的存在?，F(xiàn)在，當(dāng)白色表面存在時(shí)，紅外線會(huì)被反射，但黑色表面會(huì)吸收。因此，我們將能夠檢測(cè)到黑線存在的位置，并且我們可以構(gòu)建一個(gè)邏輯電路來(lái)跟蹤這條線。紅外發(fā)射器和接收器的工作原理如圖所示。

(提示：要檢查紅外發(fā)射機(jī)是否在發(fā)射，可以用相機(jī)(手機(jī)相機(jī)也可以)查看紅外發(fā)射機(jī)。你會(huì)在紅外LED的中心看到紫色的光。)

L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC的工作原理

L293D是一個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC，用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)(也就是機(jī)器人的輪子)。如L293D IC的引腳所示，它可以控制兩臺(tái)電機(jī)。它可以根據(jù)提供給電機(jī)的電流改變電機(jī)的速度;它可以根據(jù)輸入控制電機(jī)的方向;它也可以啟動(dòng)或停止電機(jī)。

構(gòu)建無(wú)微控制器的直線跟隨機(jī)器人電路圖

使用L293D和IR傳感器的Line Follower機(jī)器人的完整原理圖如下：

正如您所看到的，我們將黑線跟隨機(jī)器人電路分為三個(gè)部分，其中兩個(gè)部分用于構(gòu)建紅外傳感器，一個(gè)用于使用L293D電機(jī)驅(qū)動(dòng)器IC構(gòu)建控制器電路。

用LM358構(gòu)建紅外傳感器

LM358的引腳和紅外傳感器的電路連接如下圖所示。我們使用一個(gè)LM358集成電路來(lái)控制兩個(gè)紅外傳感器。LM358上電使用VCC和GND引腳，分別為8和4。LM358是一個(gè)運(yùn)算放大器比較器IC，提供高輸出(VCC，在我們的情況下，9V)。光電二極管反向偏置，分壓器使用100k電阻創(chuàng)建，并作為輸入饋送到反相終端。另一個(gè)分壓器是使用10k預(yù)設(shè)創(chuàng)建的，并作為輸入給一個(gè)非反相引腳，引腳3的比較器。紅外LED通過(guò)使用VCC和GND正向偏置供電。引腳1是輸出，因此我們將LED與限流電阻連接，并從這里將傳感器的輸出作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入。

綜上所述，我們知道光電二極管的電壓和電阻是根據(jù)表面是黑色還是白色而變化的。該電壓用于與預(yù)置的參考電壓進(jìn)行比較，以給出高電壓或低電壓。使用LED指示輸出。

L293D電機(jī)控制器電路

引腳4、5、13和12短路并連接到地。引腳16是VCC引腳。這兩個(gè)引腳為IC供電。引腳8是VCC，電機(jī)運(yùn)行的電壓，應(yīng)該在這里給出。由于我們使用的是9V電池，因此我們將縮短VCC引腳(引腳8和引腳16)并直接將其提供給9V。引腳1和引腳9為各自電機(jī)的使能引腳;對(duì)于我們的連接，我們需要電機(jī)在從紅外傳感器獲得輸入后立即運(yùn)行，因此我們將使能引腳連接到高電平(用VCC短接)。引腳3和6應(yīng)該去一個(gè)電機(jī)和引腳14和11應(yīng)該去另一個(gè)電機(jī)?，F(xiàn)在，我們有兩個(gè)引腳用于傳感器輸出。這是用來(lái)運(yùn)行電機(jī)在一個(gè)向前或反向的方向。由于我們的機(jī)器人將只向前移動(dòng)，我們可以將引腳7和10連接到地面，并將紅外傳感器輸出到引腳2和4。

綜上所述，當(dāng)紅外傳感器有高輸入時(shí)，機(jī)器人會(huì)向前移動(dòng)。當(dāng)機(jī)器人下面有一個(gè)白色的表面時(shí)，紅外傳感器給出高輸出，因此電機(jī)向前轉(zhuǎn)。如果兩個(gè)紅外傳感器都遇到黑色表面，它給出低輸出，因此電機(jī)不會(huì)運(yùn)行。此時(shí)，機(jī)器人停止前進(jìn)。但是如果只有一個(gè)紅外傳感器穿過(guò)黑色表面，該傳感器輸出較低，而另一個(gè)紅外傳感器，將在白色表面將給出高輸出，因此側(cè)電機(jī)仍將轉(zhuǎn)動(dòng)，因此機(jī)器人進(jìn)行轉(zhuǎn)彎。

裝配直線跟隨機(jī)器人

一旦我們理解了所有組件的連接，我們就可以開始組裝我們的跟隨線機(jī)器人。為了制造這個(gè)機(jī)器人，首先，我們需要一個(gè)機(jī)器人的底盤。這里我們使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的現(xiàn)成的機(jī)器人底盤。然后，我們?cè)谝恍崛勰z的幫助下，將帶有IR電路和控制器電路的BO電機(jī)放置到底盤上，如下圖所示。

為了給機(jī)器人供電，鋰離子電池(如18650)和升壓轉(zhuǎn)換器(將3.7V轉(zhuǎn)換為5V)是首選，因?yàn)楹?jiǎn)單的9V電池?zé)o法運(yùn)行機(jī)器人。但是使用18650時(shí)，還需要包括充電電路，這使得電路有點(diǎn)復(fù)雜。因此，我們?cè)谶@里使用兩個(gè)9V電池并聯(lián)組合。單個(gè)9V電池不會(huì)輸出足夠的功率來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和紅外電路;因此，必須使用并行組合。L293D和IC 358都可以接受高達(dá)9V的輸入電壓，因此在這里使用它。如果電路使用高于9V的電源，請(qǐng)檢查L(zhǎng)293D和IC 358的輸入電壓數(shù)據(jù)表(因?yàn)楦叩碾妷嚎赡軙?huì)損壞IC)。

測(cè)試及校正

我們已經(jīng)組裝好了機(jī)器人，因?yàn)樗恍枰魏未a，所以是時(shí)候看看它的實(shí)際效果了。為此，我們所需要做的就是將機(jī)器人放在黑線的上方，并觀察它的動(dòng)作。

設(shè)計(jì)無(wú)單片機(jī)隨行機(jī)器人的優(yōu)點(diǎn)

?我們學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)基本的邏輯電路，它使我們了解微控制器邏輯的工作原理。

?我們構(gòu)建了紅外傳感器，并了解了它的工作原理。

?沒(méi)有微控制器，降低了整個(gè)項(xiàng)目的成本。

?不需要編程，因?yàn)闆](méi)有微控制器。

?電路很簡(jiǎn)單，有助于加強(qiáng)基本的電子概念。

無(wú)單片機(jī)的隨行機(jī)器人設(shè)計(jì)的局限性

?機(jī)器人不能做90度轉(zhuǎn)彎。

?機(jī)器人運(yùn)行在抽搐運(yùn)動(dòng)而不是平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)(這可以使用PID控制器與微控制器一起固定)。

?當(dāng)兩個(gè)傳感器檢測(cè)到黑線時(shí)，機(jī)器人停止移動(dòng)。

本文編譯自circuitdigest