Circuito de Veículo Seguidor de Linha Simples usando Amps Op

O artigo explica um circuito de veículo seguidor de linha simples, também conhecido como veículo rastreador de linha, usando apenas alguns amplificadores operacionais e alguns outros componentes, sem usar Arduino complexo ou microcontroladores.

O que é um veículo seguidor de linha

Um veículo seguidor de linha é uma forma de Veículo Guiado Automático (AGV) que funciona detectando uma linha branca desenhada ou embutida no solo. O sinal dos detectores comanda as rodas motorizadas a girar e ajustar automaticamente de acordo com a linha, dando a impressão de que o veículo está seguindo a linha. Daí o nome do seguidor de linha.

Basicamente, os detectores estão na forma de resistências fotográficas, como LDRs ou detectores de luz de semicondutores, como fotodiodos ou fototransistores .

Alguns desses detectores de luz são usados ​​que detectam a luz refletida da linha branca e alternam um circuito transistorizado ou comparadores baseados em op amp, que por sua vez controlam os motores das rodas do veículo para manobrar de acordo com as voltas e curvas da linha branca no solo.

Usando comparadores de janela

No circuito de veículo seguidor de linha proposto, usamos alguns comparadores op amp estava envolvendo os motores no ato de equilíbrio.

Os amplificadores operacionais são manipulados como janela compartilhadores . Como o nome sugere, um comparador de janela compara o sinal de entrada dos detectores com duas referências de tensão extrema que constituem os limites da 'janela'. Enquanto o nível do sinal de entrada estiver dentro dos limites de referência dessa 'janela', a saída de ambos os amplificadores operacionais mantém a lógica alta em suas saídas.

No entanto, em um evento, o sinal de entrada tende a cruzar os limites de referência, a saída do amplificador operacional relevante fica baixa, resultando em saídas opostas dos amplificadores operacionais. Esse desequilíbrio faz com que os dispositivos de saída corrijam a situação comutando as cargas de maneira adequada.

Como funciona o circuito

Referindo-se ao diagrama de circuito do veículo seguidor de linha abaixo, podemos ver dois amplificadores operacionais configurados como comparta- dores de janela.

Os amplificadores operacionais podem ser do IC LM358 ou LM324

O amplificador operacional superior é conectado para controlar o limite superior do limiar, enquanto o amplificador operacional inferior é conectado para controlar o limite inferior.

A entrada inversora do amplificador operacional A1 e a entrada não inversora do amplificador operacional A2 são fixadas com tensão de referência fixa

A entrada não inversora do amplificador operacional A1 e a entrada inversora do amplificador operacional A2 são conectadas e usadas para detectar as variações no sinal de entrada dos detectores de luz.

Os dois resistores dependentes de luz, LDR1 e LDR2, que atuam como dispositivos sensíveis à luz, são posicionados como detectores de luz, de modo que recebem a luz refletida da linha branca uniformemente sobre eles.

Contanto que a luz nos LDRs esteja adequadamente alta e uniforme, o pino 3 de A1 permanece mais alto que seu pino 2, uma vez que o LDR1 está conectado com a linha positiva. Isso faz com que sua saída seja alta.

Da mesma forma, o pino 6 de A2 é mantido abaixo de seu pino 5 devido à conexão do LDR2 com a linha de aterramento, e isso permite que a saída de A2 permaneça alta.

Em outras palavras, quando os LDRs estão uniformemente acesos, as entradas não-inversoras (+) de ambos os amplificadores operacionais são mantidas mais altas do que suas entradas inversoras (-), fazendo com que suas saídas aumentem.

Com ambas as saídas altas, os drivers do transistor mantêm os respectivos motores funcionando de maneira uniforme, o que permite que o veículo funcione sem problemas em uma linha reta.

Como o veículo segue a linha

Quando uma linha branca curva é encontrada, um dos LDRs desvia da linha, causando uma diferença de luz no ponto A do circuito. Isso subsequentemente faz com que a saída do amplificador operacional relevante fique baixa e uma parada momentânea do motor relevante.

Nesta situação, o motor do outro lado que ainda está operacional força o veículo a virar em direção ao ângulo de curvatura da linha, o que traz o LDR sombreado de volta à região iluminada da linha branca. Quando isso acontece, os dois motores voltam a funcionar, permitindo que o veículo funcione normalmente.

A comutação LIGA / DESLIGA automática acima nos motores esquerdo / direito em resposta às variações de luz das linhas brancas curvadas força o veículo a manter o ajuste e manobrar de acordo com a linha branca.

Como construir o veículo

Em uma de minhas postagens anteriores, aprendemos como um veículo simples com controle remoto poderia ser construído usando apenas alguns motores presos à borda traseira de uma placa retangular e um par de rodas fictícias na borda frontal da placa.

Para o circuito de veículo seguidor de linha proposto também, empregamos uma construção semelhante para o veículo, conforme exibido na figura acima.

O arranjo parece bem simples, as rodas traseiras são acopladas a motores que são controlados pelos drivers de transistor nas saídas do amplificador operacional.

Quando o veículo se desvia da linha, a diferença no nível de luz nos LDRs desliga um dos amplificadores operacionais, parando o motor relevante.

Isto força o motor do lado oposto que está operacional, a virar para o lado do motor parado, ou seja, se o motor do lado esquerdo for travado, o veículo será forçado a virar para a esquerda, ajustando-se à linha de flexão, no mesmo sentido.

Isso também sugere que a integração do motor esquerdo / direito com as saídas do amplificador operacional deve ser feita de forma adequada, de modo que a direção da curvatura da linha e do motor que está sendo parado estejam no mesmo lado do veículo.

Como posicionar os LDRs

Como os dois LDRs (LDR1 e LDR2) devem detectar a luz refletida da linha branca de maneira uniforme, sua orientação deve ser perpendicular ao comprimento da linha, conforme mostrado abaixo.

Aqui, assumimos que o veículo está rodando da direita para a esquerda, seguindo uma linha traçada no mesmo caminho.

A largura total dos LDRs deve estar dentro da largura da linha.

Os LDRs e o LED devem ser instalados na superfície inferior do veículo e, de preferência, na parte traseira, logo abaixo do conjunto de rodas traseiras.

O LED indicado é um LED branco com um resistor série 1K. Deve ser posicionado próximo aos LDRs e no centro, garantindo que a luz do LDR não atinja os LDRs diretamente, em vez disso, a luz deve atingir os LDRs por reflexão da linha branca abaixo deles.

Especificações do motor

Os motores podem ser de qualquer tipo com escova de ímã permanente, mas devem ser equipados com uma caixa de engrenagens para garantir que o movimento do veículo seja adequadamente lento e constante.

A potência nominal do motor deve ser de acordo com a carga que o veículo deve carregar. Isso pode ser testado por meio de algumas experiências práticas.

Como configurar

Para configurar este circuito de veículo seguidor de linha, você terá que organizar uma pequena faixa de linha branca pintada em uma superfície plana, ou uma fita branca colada na superfície plana.

Posicione o sistema (sem rodas) sobre a linha, conforme indicado no diagrama anterior, de forma que o LDRs e o LED são ajustados corretamente dentro da largura da linha.

Ligue a alimentação, o LED branco deve iluminar a área sob ele brilhantemente. Ajuste as duas predefinições até que ambos os motores sejam LIGADOS simultaneamente.

Agora mova a unidade ligeiramente para a direita para que o LDR1 saia da linha branca.

O motor esquerdo deve parar. Caso contrário, ajuste o P1 até que o motor esquerdo pare.

Em seguida, mova a unidade ligeiramente para a esquerda para que o LDR2 saia da linha branca. Isso deve parar o motor do lado direito. Caso contrário, ajuste a predefinição de 10k até que o motor do lado direito pare.

Isso irá completar os procedimentos de configuração e agora você pode instalar as rodas nos motores e usar este veículo guiado para seguir automaticamente uma pista estabelecida no solo.

Linha Branca vs Linha Preta

O sistema de veículo seguidor de linha proposto é baseado em uma linha branca embutida no solo, em vez de uma linha preta. A vantagem de usar uma linha branca em vez de uma linha preta são as seguintes:

A linha branca parece mais elegante e decente em comparação com a linha preta.

O seguidor de linha com base na linha branca pode funcionar mesmo na escuridão total ou com pouca luz ambiente. Projetos baseados em luz negra normalmente requerem uma iluminação externa para manter o veículo operacional.

Um AGV baseado em linha branca funciona com mais precisão, independentemente da cor do ladrilho, exceto para ladrilhos que são extremamente brancos ou equivalentes à cor da linha branca.

Convertendo o veículo em um seguidor da linha negra

Apesar das vantagens acima, se o usuário preferir que o veículo siga uma linha preta, o sistema pode ser facilmente transformado para isso por meio de algumas modificações rápidas no design proposto.

O usuário precisa apenas trocar ou trocar as conexões de pinos de entrada dos amplificadores operacionais com os presets e remover o LED associado aos LDRs.