Circuit de véhicule suiveur de ligne simple utilisant des amplificateurs opérationnels

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L'article explique un circuit de véhicule suiveur de ligne simple, également connu sous le nom de véhicule de suivi de ligne, utilisant seulement quelques amplis opérationnels et quelques autres composants, sans utiliser d'Arduino ou de microcontrôleurs complexes.

Qu'est-ce qu'un véhicule suiveur de ligne

Un véhicule suiveur de ligne est une forme de véhicule à guidage automatique (AGV) qui fonctionne en détectant une ligne blanche dessinée ou intégrée au sol. Le signal des détecteurs commande aux roues motorisées de tourner et de s'ajuster automatiquement en fonction de la ligne, donnant l'impression que le véhicule suit la ligne. D'où le nom suiveur de ligne.



Fondamentalement, les détecteurs sont sous la forme de résistances photo telles que les LDR ou des détecteurs de lumière à semi-conducteurs tels que photodiodes ou phototransistors .

Un couple de tels détecteurs de lumière sont utilisés qui détectent la lumière réfléchie par la ligne blanche et commutent un circuit transistorisé ou des comparateurs basés sur un amplificateur opérationnel, qui à leur tour contrôlent les moteurs de roue du véhicule pour manœuvrer conformément aux virages et aux courbes de la ligne blanche au sol.



Utilisation des comparateurs de fenêtres

Dans le circuit de véhicule suiveur de ligne proposé, nous avons utilisé quelques comparateurs d'amplis op engageait les moteurs dans l'acte d'équilibrage.

Les amplis op sont truqués comme fenêtre partageurs . Comme son nom l'indique, un comparateur de fenêtre compare le signal d'entrée des détecteurs avec deux références de tension extrêmes qui constituent les seuils de «fenêtre». Tant que le niveau du signal d'entrée est dans les seuils de référence de cette «fenêtre», la sortie des deux amplificateurs opérationnels maintient une logique élevée sur leurs sorties.

Cependant, dans un cas où le signal d'entrée a tendance à franchir les seuils de référence, la sortie d'ampli op concerné devient basse, ce qui entraîne des sorties opposées des amplis op. Ce déséquilibre invite les dispositifs de sortie à corriger la situation en commutant les charges de manière appropriée.

Comment fonctionne le circuit

En se référant au schéma de circuit du véhicule suiveur de ligne ci-dessous, nous pouvons voir deux amplis op configurés comme des compartiments de fenêtre.

Les amplis op peuvent provenir de l'IC LM358 ou LM324

L'ampli opérationnel supérieur est câblé pour contrôler la limite de seuil supérieure, tandis que l'amplificateur opérationnel inférieur est connecté pour contrôler la limite de seuil inférieure.

L'entrée inverseuse de l'ampli opérationnel A1 et l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel A2 sont bloquées avec une tension de référence fixe

L'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel A1 et l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel A2 sont liées ensemble et utilisées pour détecter les variations du signal d'entrée provenant des détecteurs de lumière.

Les deux résistances dépendantes de la lumière, LDR1 et LDR2, qui agissent comme des dispositifs sensibles à la lumière, sont positionnées comme des détecteurs de lumière, de sorte qu'elles reçoivent la lumière réfléchie de la ligne blanche uniformément sur eux.

Tant que la lumière sur les LDR est suffisamment élevée et uniforme, la broche3 de A1 reste plus haute que sa broche2, puisque LDR1 est attaché avec la ligne positive. Cela provoque une sortie élevée.

De même, la broche 6 de A2 est maintenue plus basse que sa broche 5 en raison de la connexion LDR2 avec la ligne de masse, ce qui permet à la sortie de A2 de rester élevée.

En d'autres termes, lorsque les LDR sont uniformément allumés, les entrées non inverseuses (+) des deux amplis op sont maintenues plus hautes que leurs entrées inverseuses (-), ce qui fait que leurs sorties deviennent hautes.

Avec les deux sorties élevées, les pilotes de transistor maintiennent les moteurs respectifs en fonctionnement uniforme, ce qui permet en conséquence au véhicule de fonctionner en douceur sur une ligne droite.

Comment le véhicule suit la ligne

Lorsqu'une ligne blanche courbe est rencontrée, l'un des LDR s'écarte de la ligne provoquant une différence de lumière au point A du circuit. Cela provoque par la suite une baisse de la sortie de l'amplificateur opérationnel correspondant et un arrêt momentané du moteur concerné.

Dans cette situation, l'autre côté moteur qui est toujours opérationnel force le véhicule à tourner vers l'angle de flexion de la ligne, ce qui ramène le LDR ombré dans la zone éclairée de la ligne blanche. Lorsque cela se produit, les deux moteurs redeviennent opérationnels, ce qui permet au véhicule de fonctionner normalement.

La commutation MARCHE / ARRÊT automatique ci-dessus entre les moteurs gauche / droit en réponse aux variations légères des lignes blanches de flexion oblige le véhicule à continuer à s'ajuster et à manœuvrer conformément à la ligne blanche.

Comment construire le véhicule

Dans l'un de mes articles précédents, nous avons appris comment un véhicule télécommandé simple pourrait être construit en utilisant seulement quelques moteurs attachés au bord arrière d'une planche rectangulaire et une paire de roues factices sur le bord avant de la planche.

Pour le circuit de véhicule suiveur de ligne proposé également, nous utilisons une construction similaire pour le véhicule, comme le montre la figure ci-dessus.

L'agencement semble assez simple, les roues arrière sont fixées avec des moteurs qui sont contrôlés par les pilotes de transistor sur les sorties de l'ampli opérationnel.

Lorsque le véhicule s'écarte de la ligne, la différence de niveau de lumière sur les LDR éteint l'un des amplificateurs opérationnels, arrêtant le moteur concerné.

Cela oblige le moteur du côté opposé qui est opérationnel, à tourner vers le côté du moteur arrêté, ce qui signifie que si le moteur du côté gauche est freiné, le véhicule sera forcé de tourner vers la gauche, en s'adaptant à la ligne de pliage, dans la même direction.

Cela suggère également que l'intégration du moteur gauche / droite avec les sorties de l'amplificateur opérationnel doit être effectuée de manière appropriée de sorte que la direction de flexion de la ligne et le moteur qui est arrêté soient du même côté du véhicule.

Comment positionner les LDR

Puisque les deux LDR (LDR1 et LDR2) sont censés détecter uniformément la lumière réfléchie par la ligne blanche, leur orientation doit être perpendiculaire à la longueur de la ligne, comme indiqué ci-dessous.

Ici, nous avons supposé que le véhicule roulait de droite à gauche, suivant une ligne tracée dans le même chemin.

La largeur totale des LDR doit être comprise dans la largeur de la ligne.

Les LDR et la LED doivent être installés sur la surface inférieure du véhicule, et de préférence à l'arrière, juste sous le train de roues arrière.

La LED indiquée est une LED blanche avec une résistance série 1K. Il doit être positionné près des LDR et au centre, en veillant à ce que la lumière du LDR n'atteigne pas directement les LDR, au lieu de cela, la lumière doit atteindre les LDR par réflexion de la ligne blanche sous eux.

Spécifications du moteur

Les moteurs peuvent être de n'importe quel type à balais à aimants permanents, mais ils doivent être équipés d'une boîte de vitesses pour garantir que le mouvement du véhicule est suffisamment lent et régulier.

La puissance nominale du moteur doit être conforme à la charge que le véhicule est censé porter. Cela peut être testé par une expérimentation pratique.

Comment configurer

Pour mettre en place ce circuit de véhicule suiveur de ligne, vous devrez disposer une petite bande de ligne blanche peinte sur une surface plane, ou un ruban blanc collé sur la surface plane.

Positionnez le système (sans roues) sur la ligne, comme indiqué dans le schéma précédent, de sorte que le LDR et LED sont correctement ajustés dans la largeur de la ligne.

Allumez l'alimentation, la LED blanche doit éclairer la zone située en dessous. Ajustez les deux préréglages jusqu'à ce que les deux moteurs soient allumés simultanément.

Maintenant, déplacez légèrement l'unité vers la droite pour que le LDR1 sorte de la ligne blanche.

Le moteur gauche doit s'arrêter. Si ce n'est pas le cas, ajustez la P1 jusqu'à ce que le moteur gauche s'arrête.

Ensuite, déplacez légèrement l'unité vers la gauche pour que le LDR2 sorte de la ligne blanche. Cela devrait arrêter le moteur du côté droit. Si ce n'est pas le cas, ajustez le préréglage 10k jusqu'à ce que le moteur droit s'arrête.

Cela terminera les procédures de configuration et vous pouvez maintenant installer les roues sur les moteurs et utiliser ce véhicule guidé pour suivre automatiquement une piste tracée au sol.

Ligne blanche vs ligne noire

Le système de véhicule suiveur de ligne proposé est basé sur une ligne blanche encastrée au sol, au lieu d'une ligne noire. Les avantages d'utiliser une ligne blanche au lieu d'une ligne noire sont les suivants:

La ligne blanche est plus élégante et décente que la ligne noire.

Le suiveur de ligne basé sur la ligne blanche peut fonctionner même dans l'obscurité totale ou dans une lumière ambiante tamisée.Les conceptions basées sur la lumière noire nécessitent normalement un éclairage externe pour maintenir le véhicule opérationnel.

Un AGV basé sur une ligne blanche fonctionne plus précisément quelle que soit la couleur de la tuile, sauf pour les tuiles qui sont extrêmement blanches ou équivalentes à la couleur de la ligne blanche.

Conversion du véhicule en suiveur de ligne noire

Malgré les avantages ci-dessus, si l'utilisateur préfère que le véhicule suive une ligne noire, alors le système pourrait être facilement transformé pour le faire grâce à quelques modifications rapides dans la conception proposée.

L'utilisateur vient d'échanger ou d'échanger les connexions des broches d'entrée des amplis opérationnels avec les préréglages, et de retirer la LED associée aux LDR.




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