Robot Line Follower z PICO: 5 kroków (ze zdjęciami)

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:28

Zanim będziesz w stanie stworzyć robota, który może zakończyć cywilizację, jaką znamy, i będzie w stanie zakończyć rasę ludzką. Najpierw musisz być w stanie stworzyć proste roboty, takie, które mogą podążać za linią narysowaną na ziemi, i tutaj zrobisz pierwszy krok w kierunku zakończenia nas wszystkich >.<

Przede wszystkim robot podążający za linią to robot, który jest w stanie podążać za linią na ziemi, a ta linia jest zwykle czarną linią na białym tle lub odwrotnie; a to dlatego, że robotowi łatwiej jest odróżnić bardzo kontrastujące kolory, takie jak czerń i biel. Gdzie robot zmienia kąt w zależności od koloru, który czyta.

Kieszonkowe dzieci

1. PICO

2. Podwozie robota z napędem na dwa koła, które mają następujące cechy:

   • Podwozie akrylowe
   • 2 silniki prądu stałego z kołami i enkoderami
   • Kółko samonastawne z metalowymi wspornikami
   • 4-kanałowy uchwyt baterii
   • Niektóre śruby i nakrętki
   • Przełącznik włącz / wyłącz
3. Moduł sterownika silnika L298N
4. 2 czujniki śledzenia linii
5. Bateria 7.4 v

Krok 1: Przygotowanie silników prądu stałego

Możesz użyć podwozia "2WD" z napędem na dwa koła, aby ten projekt był łatwiejszy, ponieważ oszczędza czas i wysiłek podczas budowania własnego podwozia. Dając więcej czasu na skupienie się na elektronice projektu.

Zacznijmy od silników prądu stałego, ponieważ będziesz ich używać do sterowania prędkością i kierunkiem ruchu robota, w zależności od odczytów czujników. Pierwszą rzeczą do zrobienia jest rozpoczęcie kontrolowania prędkości silników, która jest wprost proporcjonalna do napięcia wejściowego, co oznacza, że musisz zwiększyć napięcie, aby zwiększyć prędkość i odwrotnie.

Technika PWM "Pulse Width Modulation" jest idealna do tego zadania, ponieważ pozwala dostosować i dostosować średnią wartość, która trafia do twojego urządzenia elektronicznego (silnika). Działa przy użyciu sygnałów cyfrowych „WYSOKI” i „NISKI” do tworzenia wartości analogowych, przełączając się między 2 sygnałami w bardzo szybkim tempie. Gdzie "analogowe" napięcie zależy od procentu między cyfrowymi sygnałami HIGH a cyfrowymi LOW występującymi podczas okresu PWM.

Należy pamiętać, że nie możemy podłączyć PICO bezpośrednio do silnika, ponieważ silnik potrzebuje minimum 90mA, które nie może być obsługiwane przez piny PICO, dlatego używamy modułu sterownika silnika L298N, który daje nam możliwość zarówno wysyłania wystarczający prąd do silników i zmień jego polaryzację.

Teraz przylutujmy przewód do każdego z zacisków silnika, wykonując następujące czynności:

1. Zabezpiecz niewielką ilość lutowia na zacisku silnika
2. Umieść końcówkę drutu nad zaciskiem silnika i podgrzej go lutownicą, aż lut na zacisku stopi się i połączy z przewodem, a następnie wyjmij lutownicę i pozwól, aby połączenie ostygło.
3. Powtórz poprzednie kroki z pozostałymi zaciskami obu silników.

Krok 2: Korzystanie z modułu sterownika silnika L298N

Silnik sterownika silnika L298N ma możliwość wzmocnienia sygnału pochodzącego z PICO oraz zmiany polaryzacji przepływającego przez niego prądu. Pozwala kontrolować zarówno prędkość, jak i kierunek, w jakim obracają się silniki.

Wyjścia pinów L298N

1. Pierwszy zacisk silnika prądu stałego A
2. Drugi zacisk silnika prądu stałego A
3. Wbudowana zworka regulatora 5v. Usuń tę zworkę, jeśli podłączasz napięcie zasilania silnika większe niż 12 V, aby nie utrudniać regulatora napięcia.
4. Napięcie zasilania silnika. Maksymalne to 35V i nie zapomnij usunąć regulatora napięcia, jeśli używasz więcej niż 12V.
5. GND
6. Wyjście 5V. To wyjście pochodzi z regulatora napięcia, jeśli jest nadal podłączony, i daje możliwość zasilania PICO z tego samego źródła, co silnik.
7. Zworka włączenia silnika prądu stałego A. Jeśli ta zworka jest podłączona, silnik będzie pracował z pełną prędkością do przodu lub do tyłu. Ale jeśli chcesz kontrolować prędkość, po prostu usuń zworkę i zamiast tego podłącz pin PWM.
8. In1, pomaga w kontrolowaniu biegunowości prądu, a tym samym kierunku obrotów silnika A.
9. In2, pomaga w kontrolowaniu biegunowości prądu, a tym samym kierunku obrotów silnika A.

10. In3 pomaga w kontrolowaniu polaryzacji prądu, a tym samym kierunku obrotów silnika B.

11. In4, pomaga w kontrolowaniu biegunowości prądu, a tym samym kierunku obrotów silnika B.
12. Zworka włączania silnika prądu stałego B. Jeśli ta zworka jest podłączona, silnik będzie pracował z pełną prędkością do przodu lub do tyłu. Ale jeśli chcesz kontrolować prędkość, po prostu usuń zworkę i zamiast tego podłącz pin PWM.

Pierwszy zacisk silnika prądu stałego B

Drugi zacisk silnika prądu stałego B

Liczba pinów, które ma silnik sterownika L298N, sprawia, że wydaje się on trudny w użyciu. Ale w rzeczywistości jest to dość łatwe i udowodnijmy to na działającym przykładzie, w którym używamy go do sterowania kierunkiem obrotów naszych obu silników.

Podłącz PICO do sterownika silnika w następujący sposób "powyższy schemat znajdziesz":

• We1 → D0
• We2 → D1
• In3 → D2
• In4 → D3

Kierunek silnika jest kontrolowany przez wysłanie wartości logicznej HIGH i LOW pomiędzy każdą parę pinów sterownika In1/2 i In3/4. Na przykład, jeśli wyślesz WYSOKI do In1 i NISKI do In2 powoduje to, że silnik obraca się w jednym kierunku, a wysłanie NISKIEGO do In1 i WYSOKIEGO do In2 powoduje obrót silnika w przeciwnym kierunku. Ale jeśli wyślesz te same sygnały HIGH lub LOW w tym samym czasie do In1 i In2, silniki zatrzymają się.

Nie zapomnij połączyć GND PICO z GND akumulatora i nie usuwaj zworek Enable A i Enable B.

Kod tego przykładu znajdziesz również powyżej.

Krok 3: Dodawanie PWM do modułu sterownika L298N

Teraz możemy kontrolować kierunek obrotów naszych silników. Ale nadal nie możemy kontrolować ich prędkości, ponieważ mamy stałe źródło napięcia, które daje im maksymalną moc, jaką mogą przyjąć. Aby to zrobić, potrzebujesz dwóch pinów PWM do sterowania obydwoma silnikami. Niestety, PICO ma tylko 1 wyjście PWM, które musimy rozszerzyć za pomocą modułu OWM PCA9685, a ten niesamowity moduł może rozszerzyć twój PWM z 1 do 16!

Wyprowadzenia PCA9685:

1. VCC → To jest twoja moc logiki, z maks. 3-5v.
2. GND → Styk ujemny musi być podłączony do GND, aby zamknąć obwód.
3. V+ → Ten pin rozdziela moc pochodzącą z zewnętrznego źródła zasilania, jest używany głównie z silnikami, które potrzebują dużych ilości prądu i potrzebują zewnętrznego źródła zasilania.
4. SCL → Szeregowy pin zegara, który podłączasz do SCL PICO.
5. SDA → Szeregowy pin danych, który podłączasz do SDA PICO.
6. OE → Pin włączenia wyjścia, ten pin jest aktywny w stanie LOW, co oznacza, że gdy pin jest w stanie LOW, wszystkie wyjścia są włączone, a gdy jest w stanie HIGH, wszystkie wyjścia są wyłączone. Jest to opcjonalny pin, z domyślnym ciągiem LOW.

Moduł PCA9685 PWM ma 16 wyjść PWM, z których każde ma własny sygnał V+, GND i PWM, które można kontrolować niezależnie od pozostałych. Każdy PWM może obsłużyć 25mA prądu, więc bądź ostrożny.

Teraz nadchodzi część, w której używamy modułu PCA9685 do sterowania prędkością i kierunkiem naszych silników, i tak łączymy PICO z modułami PCA9685 i L298N:

PICO do PCA9685:

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

PCA9685 do L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), do sterowania kierunkiem silnika A
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), do sterowania kierunkiem silnika A
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), do sterowania kierunkiem silnika B
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), do sterowania kierunkiem silnika B
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), do wysyłania sygnału PWM sterującego prędkością silnika A.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), do wysyłania sygnału PWM sterującego prędkością silnika B.

Kod dla wszystkich tych części znajdziesz powyżej.

Krok 4: Korzystanie z czujnika śledzenia linii

Śledzenie linii jest dość proste. Czujnik ten ma zdolność rozróżniania dwóch powierzchni w zależności od kontrastu między nimi, jak w czerni i bieli.

Czujnik śledzenia linii składa się z dwóch głównych części, diody podczerwieni i fotodiody. Potrafi rozpoznać kolory emitując światło podczerwone z diody LED i odczytując odbicia, które wracają do fotodiody, następnie fotodioda wyprowadza wartość napięcia w zależności od odbitego światła (wartość WYSOKA dla jasnej "błyszczącej" powierzchni, a wartość NISKA dla ciemnej powierzchni).

Wyprowadzenia linii trackera:

1. A0: to jest pin wyjścia analogowego i używamy go, jeśli chcemy odczyt wejścia analogowego (0-1023)
2. D0: To jest pin wyjścia cyfrowego i używamy go, jeśli chcemy odczytywać wejście cyfrowe (0-1)
3. GND: To jest pin uziemiający i podłączamy go do pinu GND PICO
4. VCC: To jest pin zasilania i podłączamy go do pinu VCC PICO (5 v)
5. Potencjometr: Służy do kontrolowania czułości czujnika.

Przetestujmy czujnik śledzenia linii za pomocą prostego programu, który włącza diodę LED, jeśli wykryje czarną linię, i wyłącza diodę LED, jeśli wykryje białą powierzchnię podczas drukowania odczytu czujnika na monitorze szeregowym.

Kod do tego testu znajdziecie w załączeniu powyżej.

Krok 5: Składanie wszystkiego razem

Ostatnią rzeczą, jaką musimy zrobić, to złożyć wszystko razem. Ponieważ przetestowaliśmy je wszystkie indywidualnie i wszystkie działają zgodnie z oczekiwaniami.

Połączymy moduły PICO, PCA9685 i L298N tak, jak są. Następnie dodajemy czujniki śledzenia linii do naszej istniejącej konfiguracji i wygląda to następująco:

1. VCC (wszystkie czujniki śledzenia linii) → VCC (PICO)
2. GND (wszystkie czujniki śledzenia linii) → GND (PICO)
3. D0 (prawy czujnik śledzenia linii) → A0 (PICO)
4. D0 (czujnik śledzenia linii środkowej) → A1 (PICO)
5. D0 (lewy czujnik śledzenia linii) → A2 (PICO)

To jest ostateczny kod, który będzie sterował twoim samochodem i powie mu, aby podążał za linią, czarną linią na białym tle w naszym przypadku.