Робот-следящий за линией с PICO: 5 шагов (с изображениями)

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

Прежде чем вы сможете создать робота, который может положить конец цивилизации, какой мы ее знаем, и покончить с человечеством. Сначала вы должны уметь создавать простых роботов, которые могут следовать за линией, проведенной на земле, и именно здесь вы сделаете свой первый шаг к уничтожению всех нас>. <

Прежде всего, робот, следующий за линией, - это робот, который способен следовать за линией на земле, и эта линия обычно представляет собой черную линию, нарисованную на белом фоне, или наоборот; И это потому, что роботу легче отличить контрастные цвета, такие как черный и белый. Где робот меняет угол в зависимости от считываемого цвета.

Запасы

1. PICO

2. Шасси робота с приводом на два колеса, которое имеет следующее:

   • Акриловое шасси
   • 2 двигателя постоянного тока с колесами и энкодерами
   • Колесо с металлическими стойками
   • 4-х канальный аккумуляторный отсек
   • Некоторые винты и гайки
   • Переключатель вкл. / Выкл.
3. Модуль драйвера двигателя L298N
4. 2 датчика линейного трекера
5. Аккумулятор 7,4 в

Шаг 1: Подготовка двигателей постоянного тока

Вы можете использовать полноприводное шасси «2WD», чтобы упростить этот проект, поскольку оно экономит время и силы, когда дело доходит до сборки собственного шасси. У вас будет больше времени, чтобы сосредоточиться на электронике проекта.

Начнем с двигателей постоянного тока, так как вы собираетесь использовать двигатели для управления скоростью и направлением движения вашего робота в зависимости от показаний датчиков. Первое, что нужно сделать, это начать контролировать скорость двигателей, которая прямо пропорциональна входному напряжению, а это означает, что вам нужно увеличить напряжение, чтобы увеличить скорость, и наоборот.

Метод ШИМ «широтно-импульсной модуляции» идеально подходит для работы, так как он позволяет вам регулировать и настраивать среднее значение, которое поступает на ваше электронное устройство (двигатель). И он работает, используя цифровые сигналы «HIGH» и «LOW» для создания аналоговых значений, чередуя два сигнала с очень высокой скоростью. Где «аналоговое» напряжение зависит от процента между цифровым ВЫСОКОМ и цифровым НИЗКИМ сигналами, присутствующими в течение периода ШИМ.

Обратите внимание, что мы не можем подключить PICO напрямую к двигателю, так как двигателю требуется минимум 90 мА, которые не могут обрабатываться выводами PICO, и поэтому мы используем модуль драйвера двигателя L298N, который дает нам возможность отправлять Достаточно тока на двигатели и поменять его полярность.

Теперь давайте припаяем провод к каждой клемме двигателя, выполнив следующие действия:

1. Нанесите немного припоя на клемму двигателя.
2. Поместите наконечник провода над выводом двигателя и нагрейте его с помощью паяльника, пока припой на выводе не расплавится и не соединится с проводом, затем снимите паяльник и дайте соединению остыть.
3. Повторите предыдущие шаги с остальными клеммами обоих двигателей.

Шаг 2: Использование модуля драйвера двигателя L298N

Драйвер двигателя L298N имеет возможность усиливать сигнал, поступающий от PICO, и изменять полярность тока, проходящего через него. Позволяет вам контролировать скорость и направление вращения ваших двигателей.

Распиновка L298N

1. Первый вывод двигателя постоянного тока А
2. Второй вывод двигателя постоянного тока A
3. Перемычка на бортовом регуляторе 5В. Снимите эту перемычку, если вы подключаете двигатель с напряжением питания более 12 В, чтобы не усложнять регулятор напряжения.
4. Входное напряжение питания двигателя. Максимальное значение составляет 35 В, и не забудьте снять регулятор напряжения, если вы используете более 12 В.
5. GND
6. Выход 5В. Этот выходной сигнал поступает от регулятора напряжения, если он все еще подключен, и дает вам возможность питать PICO от того же источника, что и двигатель.
7. Перемычка включения двигателя постоянного тока А. Если эта перемычка подключена, двигатель будет работать на полной скорости вперед или назад. Но, если вы хотите контролировать скорость, просто снимите перемычку и вместо этого подключите вывод ШИМ.
8. In1 помогает контролировать полярность тока и, следовательно, направление вращения двигателя A.
9. In2 помогает контролировать полярность тока и, следовательно, направление вращения двигателя A.

10. In3 помогает контролировать полярность тока и, следовательно, направление вращения двигателя B.

11. In4 помогает контролировать полярность тока и, следовательно, направление вращения двигателя B.
12. Перемычка включения двигателя постоянного тока B. Если эта перемычка подключена, двигатель будет работать на полной скорости вперед или назад. Но, если вы хотите контролировать скорость, просто снимите перемычку и вместо этого подключите вывод ШИМ.

Первый вывод двигателя постоянного тока B

Вторая клемма двигателя постоянного тока B

Из-за количества выводов приводного двигателя L298N его сложно использовать. Но на самом деле это довольно просто, и давайте докажем это на рабочем примере, где мы используем его для управления направлением вращения обоих наших двигателей.

Подключите PICO к драйверу двигателя следующим образом "вы найдете схему выше":

• In1 → D0
• In2 → D1
• In3 → D2
• In4 → D3

Направление двигателя контролируется отправкой логических значений HIGH и LOW между каждой парой выводов драйвера In1 / 2 и In3 / 4. Например, если вы отправляете HIGH на In1 и LOW на In2, это заставляет двигатель вращаться в одном направлении, а отправка LOW на In1 и HIGH на In2 вращает двигатель в противоположном направлении. Но если вы отправите одни и те же сигналы HIGH или LOW одновременно на In1 и In2, двигатели остановятся.

Не забудьте соединить GND PICO с GND аккумулятора и не снимать перемычки Enable A и Enable B.

Вы также найдете код этого примера выше.

Шаг 3: Добавление ШИМ в модуль драйвера L298N

Теперь мы можем контролировать направление вращения наших двигателей. Но мы по-прежнему не можем контролировать их скорость, поскольку у нас есть источник постоянного напряжения, который дает им максимальную мощность, которую они могут принять. И для этого вам понадобятся два вывода PWM для управления обоими вашими двигателями. К сожалению, у PICO есть только 1 выход PWM, который нам нужно расширить с помощью модуля PCA9685 OWM, и этот замечательный модуль может расширить ваш PWM с 1 до 16!

Распиновка PCA9685:

1. VCC → Это ваша логическая мощность, макс. 3-5 В.
2. GND → Отрицательный вывод должен быть подключен к GND, чтобы замкнуть цепь.
3. V + → Этот вывод распределяет мощность, поступающую от внешнего источника питания, в основном он используется с двигателями, которым требуется большой ток и требуется внешний источник питания.
4. SCL → Вывод последовательного тактового сигнала, который вы подключаете к SCL PICO.
5. SDA → Вывод последовательных данных, который вы подключаете к SDA PICO.
6. OE → Вывод разрешения вывода, этот вывод активен LOW, что означает, что когда вывод LOW, все выходы включены, а когда он HIGH все выходы отключены. Это необязательный вывод, по умолчанию установлен НИЗКИЙ.

Модуль PWM PCA9685 имеет 16 выходов PWM, каждый из которых имеет собственный сигнал V +, GND и PWM, которым вы можете управлять независимо от других. Каждый ШИМ может выдерживать ток 25 мА, поэтому будьте осторожны.

Теперь наступает часть, в которой мы используем модуль PCA9685 для управления скоростью и направлением наших двигателей, и вот как мы подключаем PICO к модулям PCA9685 и L298N:

PICO для PCA9685:

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

PCA9685 - L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), для управления направлением двигателя A
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), для управления направлением двигателя A
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), для управления направлением двигателя B
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), для управления направлением двигателя B
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), для отправки сигнала PWM, который управляет скоростью двигателя A.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), для отправки сигнала PWM, который управляет скоростью двигателя B.

Вы найдете код для всех этих частей, прикрепленный выше.

Шаг 4: Использование датчика отслеживания линии

Линейный трекер довольно прост. Этот датчик может различать две поверхности в зависимости от контраста между ними, например, черного и белого.

Датчик линейного отслеживания состоит из двух основных частей: ИК-светодиода и фотодиода. Он может определять цвета, излучая ИК-свет от светодиода и считывая отражения, которые возвращаются на фотодиод, затем фотодиод выдает значение напряжения в зависимости от отраженного света (ВЫСОКОЕ значение для светлой "блестящей" поверхности и НИЗКОЕ значение для темной поверхности).

Распиновка линейного трекера:

1. A0: это вывод аналогового выхода, и мы используем его, если нам нужно показание аналогового входа (0-1023)
2. D0: Это контакт цифрового выхода, и мы используем его, если хотим получить показание цифрового входа (0-1).
3. GND: это контакт заземления, и мы подключаем его к контакту GND PICO.
4. VCC: это вывод питания, и мы подключаем его к выводу VCC PICO (5 В).
5. Потенциометр: используется для контроля чувствительности датчика.

Давайте протестируем датчик линейного трекера с помощью простой программы, которая включает светодиод, если он обнаруживает черную линию, и выключает светодиод, если он обнаруживает белую поверхность, при печати показаний датчика на последовательном мониторе.

Вы найдете код этого теста в приложении выше.

Шаг 5: Собираем все вместе

Последнее, что нам нужно сделать, это собрать все воедино. Поскольку мы протестировали их все по отдельности, и все они функционируют должным образом.

Мы оставим PICO, модули PCA9685 и L298N подключенными как есть. Затем мы добавляем датчики следящего за линией в нашу существующую настройку, и это выглядит следующим образом:

1. VCC (все датчики отслеживания линии) → VCC (PICO)
2. GND (все датчики отслеживания линии) → GND (PICO)
3. D0 (датчик слежения за правой линией) → A0 (PICO)
4. D0 (датчик слежения за центральной линией) → A1 (PICO)
5. D0 (Датчик слежения за левой линией) → A2 (PICO)

Это последний код, который будет управлять вашей машиной и указывать ему следовать линии, в нашем случае черной линией на белом фоне.