Повторитель линии ПИД-регулятора Atmega328P: 4 ступени

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:49

ВСТУПЛЕНИЕ

Это руководство посвящено созданию эффективного и надежного последователя линии с ПИД-управлением (математическим), работающим внутри его мозга (Atmega328P).

Следящий за линией - это автономный робот, который следует либо черной линией в белой зоне, либо белой линией в черной зоне. Робот должен уметь определять определенную линию и продолжать следовать по ней.

Итак, будет несколько частей / шагов, чтобы сделать ПОСЛЕДУЮЩЕГО ЛИНИИ, я буду обсуждать их все шаг за шагом.

1. Датчик (глаз, чтобы увидеть линию)
2. Микроконтроллер (мозг для некоторых вычислений)
3. Моторы (мышечная сила)
4. Драйвер двигателя
5. Шасси
6. Батарея (источник энергии)
7. Колесо
8. Разное

Вот ВИДЕО ПОСЛЕДОВАТЕЛЯ ЛИНИИ

НА СЛЕДУЮЩИХ ШАГАХ Я БУДУ ОБСУЖДАТЬ ДЕТАЛИ КАЖДОГО КОМПОНЕНТА

Шаг 1: Датчик (глаз) QTR 8RC

Спасибо Pololufor, производящему этот потрясающий сенсор.

Модуль представляет собой удобный носитель для восьми пар ИК-излучатель и приемник (фототранзистор), равномерно расположенных с интервалом 0,375 дюйма (9,525 мм). Чтобы использовать датчик, вы должны сначала зарядить выходной узел (Зарядка конденсатора), подав напряжение на его вывод OUT. Затем вы можете определить коэффициент отражения, сняв напряжение, подаваемое извне, и определив время, необходимое выходному напряжению для спада из-за встроенного фототранзистора. Более короткое время затухания указывает на большее отражение. Этот метод измерения имеет несколько преимуществ, особенно в сочетании с возможностью модуля QTR-8RC отключать питание светодиодов:

• Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) не требуется.
• Повышенная чувствительность аналогового выхода делителя напряжения.
• Параллельное считывание данных с нескольких датчиков возможно с большинством микроконтроллеров.
• Параллельное чтение позволяет оптимизировать использование опции включения питания светодиодов

Характеристики

• Размеры: 2,95 x 0,5 x 0,125 дюйма (без установленных штифтов)
• Рабочее напряжение: 3,3-5,0 В
• Ток питания: 100 мА
• Формат вывода: 8 сигналов, совместимых с цифровым вводом / выводом, которые могут быть прочитаны как синхронизированный высокий импульс
• Оптимальное расстояние срабатывания: 0,125 дюйма (3 мм) Максимальное рекомендуемое расстояние срабатывания: 0,375 дюйма (9,5 мм)
• Вес без штифтов заголовка: 0,11 унции (3,09 г)

Подключение выходов QTR-8RC к линиям цифрового ввода / вывода

Модуль QTR-8RC имеет восемь идентичных выходов датчиков, которые, как и Parallax QTI, требуют наличия цифровой линии ввода / вывода, способной подавать на выходную линию высокий уровень, а затем измерять время спада выходного напряжения. Типичная последовательность считывания показаний датчика:

1. Включите ИК-светодиоды (необязательно).
2. Установите линию ввода / вывода на выход и поднимите его на высокий уровень.
3. Подождите не менее 10 мкс для повышения выходного сигнала датчика.
4. Сделайте линию ввода / вывода входом (с высоким сопротивлением).
5. Измерьте время спада напряжения, дождавшись, пока на линии ввода-вывода снизится низкий уровень.
6. Выключите ИК-светодиоды (необязательно).

Эти шаги обычно могут выполняться параллельно на нескольких линиях ввода-вывода.

При сильном отражении время затухания может составлять всего несколько десятков микросекунд; без отражения время затухания может составлять до нескольких миллисекунд. Точное время затухания зависит от характеристик линии ввода / вывода вашего микроконтроллера. В типичных случаях значимые результаты могут быть получены в течение 1 мс (т.е. когда не пытаются измерить тонкие различия в сценариях с низким коэффициентом отражения), что позволяет производить выборку до 1 кГц для всех 8 датчиков. Если достаточно низкочастотной выборки, можно добиться значительной экономии энергии, выключив светодиоды. Например, если допустима частота дискретизации 100 Гц, светодиоды могут не светиться 90% времени, что снижает среднее потребление тока со 100 мА до 10 мА.

Шаг 2: микроконтроллер (мозг) Atmega328P

Спасибо Atmel Corporation за создание этого замечательного микроконтроллера AKA Atmega328.

Основные параметры для ATmega328P

Параметр Значение

• Flash (Кбайт): 32 Кбайт
• Количество контактов: 32
• Максимум. Рабочая частота. (МГц): 20 МГц
• Процессор: 8-битный AVR
• Максимальное количество контактов ввода / вывода: 23
• Внешних прерываний: 24
• SPI: 2
• TWI (I2C): 1
• UART: 1
• Каналы АЦП: 8
• Разрешение АЦП (бит): 10
• SRAM (Кбайт): 2
• EEPROM (байтов): 1024
• Класс питания ввода / вывода: от 1,8 до 5,5
• Рабочее напряжение (Vcc): от 1,8 до 5,5
• Таймеры: 3

Для получения подробной информации просмотрите техническое описание Atmega328P.

В этом проекте я использую Atmega328P по нескольким причинам.

1. Дешевый
2. Имеет достаточно ОЗУ для вычислений
3. Достаточно контактов ввода / вывода для этого проекта
4. Atmega328P используется в Arduino…. Вы можете заметить на изображении и видео Arduino Uno, но ночью я использую Arduino IDE или любую Arduino.. Я использовал только оборудование в качестве интерфейсной платы. Я стер загрузчик и использовал USB ASP для программирования чипа.

Для программирования чипа я использовал Atmel Studio 6

Весь ИСХОДНЫЙ КОД НАХОДИТСЯ НА GitHub. Загрузите его и проверьте файл test.c.

Чтобы скомпилировать этот пакет, вам необходимо загрузить и установить НАСТРОЙКУ БИБЛИОТЕКИ POLOLU AVR Проверьте вложения…

Я также ЗАГРУЖАЮ схему платы разработки Atmega328P и файл платы … Вы можете изготовить его самостоятельно …

Шаг 3: двигатель и драйвер двигателя

Я использовал двигатель постоянного тока с редуктором 350 об / мин 12 В типа BO в качестве привода. Чтобы узнать больше… MOTOR LINK

В качестве драйвера двигателя я использовал Н-мост L293D.

Я прилагаю для этого схему и файл платы.

Шаг 4: шасси и прочее

Бот изготовлен из фанеры толщиной 6 мм.