Ρομπότ Line Follower με PICO: 5 βήματα (με εικόνες)

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Πριν είστε σε θέση να δημιουργήσετε ένα ρομπότ που μπορεί να τερματίσει τον πολιτισμό όπως τον ξέρουμε και είναι σε θέση να τερματίσει την ανθρώπινη φυλή. Πρέπει πρώτα να είστε σε θέση να δημιουργήσετε τα απλά ρομπότ, αυτά που μπορούν να ακολουθήσουν μια γραμμή που έχει τραβηχτεί στο έδαφος, και εδώ θα κάνετε το πρώτο σας βήμα προς το τέλος όλων μας>. <

Πρώτα απ 'όλα, μια γραμμή που ακολουθεί ρομπότ είναι ένα ρομπότ που μπορεί να ακολουθήσει μια γραμμή στο έδαφος και αυτή η γραμμή είναι συνήθως μια μαύρη γραμμή που έχει σχεδιαστεί σε λευκό φόντο ή αντίστροφα. και αυτό συμβαίνει γιατί είναι ευκολότερο για το ρομπότ να κάνει τη διαφορά μεταξύ χρωμάτων με μεγάλη αντίθεση, όπως το μαύρο και το άσπρο. Όπου το ρομπότ αλλάζει γωνία ανάλογα με το χρώμα που διαβάζει.

Προμήθειες

1. PICO

2. Πλαίσιο ρομπότ με δύο τροχούς, τα οποία έχουν τα ακόλουθα:

   • Ακρυλικό σασί
   • 2 κινητήρες DC με τροχούς και κωδικοποιητές
   • Τροχός τροχού με μεταλλικές προεξοχές
   • Υποδοχή μπαταρίας 4 καναλιών
   • Μερικές βίδες και παξιμάδια
   • Διακόπτης έναρξης / λήξης
3. Μονάδα οδηγού κινητήρα L298N
4. 2 αισθητήρες γραμμής παρακολούθησης
5. Μπαταρία 7,4v

Βήμα 1: Προετοιμασία των κινητήρων DC

Μπορείτε να χρησιμοποιήσετε το πλαίσιο δύο τροχών "2WD" για να διευκολύνετε αυτό το έργο, καθώς εξοικονομείτε χρόνο και κόπο όταν πρόκειται να φτιάξετε το δικό σας σασί. Δίνοντας σας περισσότερο χρόνο για να εστιάσετε στα ηλεκτρονικά του έργου.

Ας ξεκινήσουμε με τους κινητήρες DC, καθώς πρόκειται να χρησιμοποιήσετε τους κινητήρες για να ελέγξετε την ταχύτητα κίνησης και την κατεύθυνση του ρομπότ σας, ανάλογα με τις ενδείξεις των αισθητήρων. Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να αρχίσετε να ελέγχετε την ταχύτητα των κινητήρων, η οποία είναι ευθέως ανάλογη με την τάση εισόδου, πράγμα που σημαίνει ότι πρέπει να αυξήσετε την τάση για να αυξήσετε την ταχύτητα και αντίστροφα.

Η τεχνική PWM "Pulse Width Modulation" είναι ιδανική για τη δουλειά, καθώς σας επιτρέπει να προσαρμόσετε και να προσαρμόσετε τη μέση τιμή που πηγαίνει στην ηλεκτρονική σας συσκευή (κινητήρας). Και λειτουργεί χρησιμοποιώντας τα ψηφιακά σήματα "HIGH" και "LOW" για τη δημιουργία αναλογικών τιμών, εναλλάσσοντας τα 2 σήματα με πολύ γρήγορο ρυθμό. Όπου η "αναλογική" τάση εξαρτάται από το ποσοστό μεταξύ των ψηφιακών σημάτων Υ HIGHΗΛΩΝ προς ψηφιακών ΧΑΜΗΛΩΝ που υπάρχουν κατά τη διάρκεια μιας περιόδου PWM.

Λάβετε υπόψη ότι δεν μπορούμε να συνδέσουμε το PICO απευθείας στον κινητήρα, καθώς ο κινητήρας χρειάζεται τουλάχιστον 90mA τα οποία δεν μπορούν να χειριστούν οι ακίδες του PICO και γι 'αυτό χρησιμοποιούμε τη μονάδα οδηγού κινητήρα L298N, η οποία μας δίνει τη δυνατότητα να στέλνουμε και οι δύο αρκετό ρεύμα στους κινητήρες και να αλλάξει η πολικότητά του.

Τώρα, ας κολλήσουμε ένα καλώδιο σε κάθε έναν από τους ακροδέκτες του κινητήρα, ακολουθώντας αυτά τα βήματα:

1. Συνδέστε μια μικρή ποσότητα συγκόλλησης στον ακροδέκτη του κινητήρα
2. Τοποθετήστε το άκρο του σύρματος πάνω από τον ακροδέκτη του κινητήρα και θερμάνετε το με το συγκολλητικό σίδερο μέχρι να λιώσει και να συνδεθεί με το σύρμα η κόλλα στον ακροδέκτη, στη συνέχεια αφαιρέστε τη συγκόλληση και αφήστε τη σύνδεση να κρυώσει.
3. Επαναλάβετε τα προηγούμενα βήματα με τους υπόλοιπους ακροδέκτες και των δύο κινητήρων.

Βήμα 2: Χρήση της μονάδας οδηγού κινητήρα L298N

Ο κινητήρας οδηγού κινητήρα L298N έχει τη δυνατότητα να ενισχύσει το σήμα που προέρχεται από το PICO και να αλλάξει την πολικότητα του ρεύματος που διέρχεται από αυτό. Σας επιτρέπει να ελέγχετε τόσο την ταχύτητα όσο και την κατεύθυνση στην οποία περιστρέφονται οι κινητήρες σας.

L298N Pin Outs

1. Ο πρώτος ακροδέκτης του κινητήρα DC A
2. Δεύτερος ακροδέκτης του κινητήρα DC Α
3. Ενσωματωμένος βραχυκυκλωτήρας ρυθμιστή 5v. Αφαιρέστε αυτόν τον βραχυκυκλωτήρα εάν συνδέετε τάση τροφοδοσίας κινητήρα άνω των 12v, για να μην σκληραίνει ο ρυθμιστής τάσης.
4. Τάση τροφοδοσίας κινητήρα. Το μέγιστο είναι 35v και μην ξεχάσετε να αφαιρέσετε τον ρυθμιστή τάσης εάν χρησιμοποιείτε περισσότερο από 12v.
5. GND
6. Έξοδος 5V. Αυτή η έξοδος προέρχεται από τον ρυθμιστή τάσης εάν είναι ακόμα συνδεδεμένος και σας δίνει τη δυνατότητα να τροφοδοτείτε το PICO από την ίδια πηγή με τον κινητήρα.
7. Κινητήρας συνεχούς ρεύματος Α βραχυκυκλωτήρας. Εάν αυτός ο βραχυκυκλωτήρας είναι συνδεδεμένος, ο κινητήρας θα λειτουργεί με πλήρη ταχύτητα είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω. Αλλά, εάν θέλετε να ελέγξετε την ταχύτητα, απλώς αφαιρέστε το βραχυκυκλωτήρα και, αντ 'αυτού, συνδέστε έναν πείρο PWM.
8. In1, βοηθά στον έλεγχο της πολικότητας του ρεύματος, και έτσι, την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα Α.
9. In2, βοηθά στον έλεγχο της πολικότητας του ρεύματος, και έτσι, την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα Α.

10. In3, βοηθά στον έλεγχο της πολικότητας του ρεύματος, και έτσι, την κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα Β.

11. In4, βοηθά στον έλεγχο της πολικότητας του ρεύματος, και έτσι, την κατεύθυνση περιστροφής για τον κινητήρα Β.
12. Ο βραχυκυκλωτήρας ενεργοποίησης κινητήρα DC B. Εάν αυτός ο βραχυκυκλωτήρας είναι συνδεδεμένος, ο κινητήρας θα λειτουργεί με πλήρη ταχύτητα είτε προς τα εμπρός είτε προς τα πίσω. Αλλά, αν θέλετε να ελέγξετε την ταχύτητα, απλώς αφαιρέστε το βραχυκυκλωτήρα και συνδέστε έναν πείρο PWM.

Ο πρώτος ακροδέκτης του κινητήρα DC Β

Δεύτερος ακροδέκτης του κινητήρα DC Β

Ο αριθμός των ακίδων που διαθέτει ο κινητήρας του οδηγού L298N το καθιστά δύσκολο στη χρήση. Αλλά, στην πραγματικότητα είναι αρκετά εύκολο, και ας το αποδείξουμε με ένα λειτουργικό παράδειγμα, όπου το χρησιμοποιούμε για να ελέγξουμε την κατεύθυνση περιστροφής και των δύο κινητήρων μας.

Συνδέστε το PICO στο πρόγραμμα οδήγησης κινητήρα ως εξής "θα βρείτε το παραπάνω διάγραμμα":

• Σε 1 → D0
• In2 → D1
• In3 → D2
• In4 → D3

Η κατεύθυνση του κινητήρα ελέγχεται στέλνοντας μια λογική τιμή Υ HIGHΗΛΗ ΚΑΙ ΧΑΜΗΛΗ μεταξύ των δύο ακίδων οδηγού ζεύγους In1/2 και In3/4. Για παράδειγμα, αν στείλετε HIGH στο In1 και LOW στο In2 προκαλεί περιστροφή του κινητήρα προς μία κατεύθυνση και η αποστολή LOW στο In1 και HIGH σε In2 περιστρέφει τον κινητήρα προς την αντίθετη κατεύθυνση. Αλλά, εάν στέλνετε τα ίδια σήματα Υ HIGHΗΛΟΥ ή ΧΑΜΗΛΟΥ ταυτόχρονα τόσο σε In1 όσο και σε In2, οι κινητήρες θα σταματήσουν.

Μην ξεχάσετε να συνδέσετε το GND του PICO με το GND της μπαταρίας και μην αφαιρέσετε τους βραχυκυκλωτήρες Enable A και Enable B.

Θα βρείτε επίσης τον κώδικα αυτού του παραδείγματος παραπάνω.

Βήμα 3: Προσθήκη PWM στη μονάδα προγράμματος οδήγησης L298N

Τώρα μπορούμε να ελέγξουμε την κατεύθυνση περιστροφής των κινητήρων μας. Αλλά, ακόμα δεν μπορούμε να ελέγξουμε τις ταχύτητές τους, καθώς έχουμε μια σταθερή πηγή τάσης που τους δίνει τη μέγιστη ισχύ που μπορούν να πάρουν. Και για να το κάνετε αυτό, χρειάζεστε δύο ακίδες PWM για τον έλεγχο και των δύο κινητήρων σας. Δυστυχώς, το PICO έχει μόνο 1 έξοδο PWM, την οποία πρέπει να επεκτείνουμε χρησιμοποιώντας τη μονάδα PCA9685 OWM και αυτή η καταπληκτική μονάδα μπορεί να επεκτείνει το PWM σας από 1 σε 16!

PCA9685 Pinouts:

1. VCC → Αυτή είναι η λογική σας δύναμη, με μέγιστο 3-5v.
2. GND → Ο αρνητικός πείρος πρέπει να συνδεθεί στο GND για να ολοκληρωθεί το κύκλωμα.
3. V+ → Αυτός ο πείρος διανέμει την ισχύ που προέρχεται από μια εξωτερική πηγή ενέργειας, χρησιμοποιείται κυρίως με κινητήρες που χρειάζονται μεγάλες ποσότητες ρεύματος και χρειάζονται εξωτερική πηγή ενέργειας.
4. SCL → Serial pin clock, το οποίο συνδέετε στο SCL του PICO.
5. SDA pin Serial data pin, το οποίο συνδέετε με το SDA του PICO.
6. OE pin Output enable pin, this pin's active is LOW, που σημαίνει ότι όταν ο πείρος είναι LOW, όλες οι έξοδοι είναι ενεργοποιημένες και όταν είναι HIGH όλες οι έξοδοι είναι απενεργοποιημένες. Αυτός είναι ένας προαιρετικός πείρος, με την προεπιλογή να τραβιέται ΧΑΜΗΛΗ.

Η μονάδα PCA9685 PWM έχει 16 εξόδους PWM, με το καθένα να έχει το δικό του σήμα V+, GND και PWM που μπορείτε να ελέγξετε ανεξάρτητα από τα άλλα. Κάθε PWM μπορεί να χειριστεί 25mA ρεύματος, οπότε προσέξτε.

Έρχεται τώρα το τμήμα όπου χρησιμοποιούμε τη μονάδα PCA9685 για να ελέγξουμε την ταχύτητα και την κατεύθυνση των κινητήρων μας και έτσι συνδέουμε το PICO με τις μονάδες PCA9685 και L298N:

PICO στο PCA9685:

1. D2 (PICO) SDA (PCA9685)
2. D3 (PICO) SCL (PCA9685)

PCA9685 έως L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), για έλεγχο της κατεύθυνσης του κινητήρα Α
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), για έλεγχο της κατεύθυνσης του κινητήρα Α
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), για έλεγχο της κατεύθυνσης του κινητήρα Β
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), για έλεγχο της κατεύθυνσης του κινητήρα Β
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), για αποστολή του σήματος PWM που ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα Α.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), για αποστολή του σήματος PWM που ελέγχει την ταχύτητα του κινητήρα Β.

Θα βρείτε τον κωδικό για όλα αυτά τα μέρη που επισυνάπτεται παραπάνω.

Βήμα 4: Χρήση του αισθητήρα γραμμής παρακολούθησης

Ο ιχνηλάτης γραμμών είναι αρκετά απλός. Αυτός ο αισθητήρας έχει τη δυνατότητα διάκρισης μεταξύ δύο επιφανειών, ανάλογα με την αντίθεση μεταξύ τους, όπως σε μαύρο και άσπρο.

Ο αισθητήρας γραμμικής παρακολούθησης έχει δύο κύρια μέρη, το IR LED και τη φωτοδίοδο. Μπορεί να διακρίνει τα χρώματα εκπέμποντας φως IR από το LED και διαβάζοντας τις αντανακλάσεις που επιστρέφουν στη φωτοδίοδο, και στη συνέχεια η φωτοδίοδος εξάγει μια τιμή τάσης ανάλογα με το ανακλώμενο φως (Υ valueΗΛΗ τιμή για μια φωτεινή "λαμπερή" επιφάνεια και μια ΧΑΜΗΛΗ τιμή για σκοτεινή επιφάνεια).

Τα pinout του tracker γραμμής:

1. A0: αυτό είναι το αναλογικό pin pin εξόδου και το χρησιμοποιούμε αν θέλουμε ανάγνωση αναλογικής εισόδου (0-1023)
2. D0: Αυτή είναι η ψηφιακή ακίδα εξόδου και τη χρησιμοποιούμε αν θέλουμε ψηφιακή ανάγνωση εισόδου (0-1)
3. GND: Αυτός είναι ο πείρος γείωσης και τον συνδέουμε με τον πείρο GND του PICO
4. VCC: Αυτός είναι ο πείρος τροφοδοσίας και τον συνδέουμε με τον πείρο VCC του PICO (5v)
5. Ποτενσιόμετρο: Χρησιμοποιείται για τον έλεγχο της ευαισθησίας του αισθητήρα.

Ας δοκιμάσουμε τον αισθητήρα γραμμής παρακολούθησης με ένα απλό πρόγραμμα που ανάβει ένα LED εάν ανιχνεύσει μια μαύρη γραμμή και σβήνουμε το LED αν ανιχνεύσει μια λευκή επιφάνεια κατά την εκτύπωση της ένδειξης του αισθητήρα στο Serial Monitor.

Θα βρείτε τον κωδικό αυτής της δοκιμής που επισυνάπτεται παραπάνω.

Βήμα 5: Συνδυάζοντας τα πάντα μαζί

Το τελευταίο πράγμα που πρέπει να κάνουμε είναι να τα συνδυάσουμε όλα. Όπως τα έχουμε δοκιμάσει όλα ξεχωριστά και όλα λειτουργούν όπως αναμενόταν.

Θα διατηρήσουμε τις μονάδες PICO, PCA9685 και L298N συνδεδεμένες ως έχουν. Στη συνέχεια, προσθέτουμε τους αισθητήρες παρακολούθησης γραμμών στην υπάρχουσα ρύθμισή μας και έχει ως εξής:

1. VCC (όλοι οι αισθητήρες παρακολούθησης γραμμών) → VCC (PICO)
2. GND (όλοι οι αισθητήρες παρακολούθησης γραμμών) GND (PICO)
3. D0 (Αισθητήρας παρακολούθησης δεξιάς γραμμής) A0 (PICO)
4. D0 (Αισθητήρας παρακολούθησης κεντρικής γραμμής) → A1 (PICO)
5. D0 (Αισθητήρας αριστερής γραμμής παρακολούθησης) → A2 (PICO)

Αυτός είναι ο τελικός κωδικός που θα ελέγξει το αυτοκίνητό σας και θα του πει να ακολουθήσει μια γραμμή, μαύρη γραμμή σε λευκό φόντο στην περίπτωσή μας.