Robot seguidor de línia amb PICO: 5 passos (amb imatges)

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:12

Abans de ser capaç de crear un robot que pugui acabar amb la civilització tal com la coneixem i sigui capaç d’acabar amb la raça humana. Primer heu de ser capaç de crear els robots simples, que poden seguir una línia traçada a terra, i aquí és on farem el primer pas per acabar amb tots>. <

En primer lloc, un robot que segueix una línia és un robot capaç de seguir una línia a terra, i aquesta línia sol ser una línia negra dibuixada sobre un fons blanc o viceversa; i això es deu al fet que és més fàcil per al robot distingir els colors que contrasten, com el blanc i el negre. On el robot canvia d’angle en funció del color que llegeixi.

Subministraments

1. PICO

2. Xassís robotitzat de dues rodes que té el següent:

   • Xassís acrílic
   • 2 motors de corrent continu amb rodes i codificadors
   • Roda de rodes amb separadors metàl·lics
   • Suport de bateria de 4 canals
   • Alguns cargols i femelles
   • Interruptor d'encès / apagat
3. Mòdul de controlador de motor L298N
4. 2 sensors de seguiment de línia
5. Bateria de 7,4 v

Pas 1: Preparació dels motors DC

Podeu utilitzar el xassís "2WD" de dues rodes per facilitar aquest projecte, ja que estalvia temps i esforç a l'hora de construir el vostre propi xassís. Us donarà més temps per centrar-vos en l'electrònica del projecte.

Comencem pels motors de corrent continu, ja que els faràs servir per controlar la velocitat i la direcció del moviment del teu robot, en funció de les lectures dels sensors. El primer que cal fer és començar a controlar la velocitat dels motors, que és directament proporcional a la tensió d’entrada, és a dir, que haureu d’augmentar la tensió per augmentar la velocitat i viceversa.

La tècnica de "Modulació d'amplada de pols" de PWM és ideal per al treball, ja que us permet ajustar i personalitzar el valor mitjà del vostre dispositiu electrònic (motor). I funciona utilitzant els senyals digitals "HIGH" i "LOW" per crear valors analògics, alternant els dos senyals a un ritme molt ràpid. On la tensió "analògica" depèn del percentatge entre els senyals digitals ALT a BAIX present durant un període PWM.

Tingueu en compte que no podem connectar PICO directament al motor, ja que el motor necessita un mínim de 90 mA que no poden ser manejats pels pins de PICO, i és per això que fem servir el mòdul del controlador del motor L298N, que ens permet enviar tots dos prou corrent als motors i canviar-ne la polaritat.

Ara, soldem un cable a cadascun dels terminals del motor, seguint aquests passos:

1. Fusible una mica de soldadura al terminal del motor
2. Col·loqueu la punta del cable per sobre del terminal del motor i escalfeu-la amb el soldador fins que la soldadura del terminal es fon i es connecti amb el cable, traieu el soldador i deixeu que la connexió es refredi.
3. Repetiu els passos anteriors amb els terminals restants d'ambdós motors.

Pas 2: utilitzar el mòdul de controlador de motor L298N

El motor del motor L298N té la capacitat d’augmentar el senyal que prové de PICO i de canviar la polaritat del corrent que el travessa. Permet controlar tant la velocitat com la direcció en què giren els motors.

Sortides de pin L298N

1. Primer terminal del motor de corrent continu A.
2. Segon terminal del motor de corrent continu A.
3. Jumper regulador a bord de 5v. Traieu aquest pont si connecteu una tensió d'alimentació del motor superior a 12v per no dur el regulador de tensió.
4. Tensió d'alimentació del motor. El màxim és de 35v i no oblideu treure el regulador de tensió si utilitzeu més de 12v.
5. GND
6. Sortida 5v. Aquesta sortida prové del regulador de tensió si encara està connectat i us permet alimentar el PICO des de la mateixa font que el motor.
7. Motor de corrent continu A activar el pont. Si aquest pont està connectat, el motor funcionarà a tota velocitat cap endavant o cap enrere. Però, si voleu controlar la velocitat, traieu el pont i connecteu un pin PWM.
8. En 1, ajuda a controlar la polaritat del corrent i, per tant, el sentit de gir del motor A.
9. En 2, ajuda a controlar la polaritat del corrent i, per tant, el sentit de gir del motor A.

10. A 3, ajuda a controlar la polaritat del corrent i, per tant, el sentit de gir del motor B.

11. In4, ajuda a controlar la polaritat del corrent i, per tant, el sentit de gir del motor B.
12. El pont de corrent de motor B de CC. Si aquest pont està connectat, el motor funcionarà a tota velocitat cap endavant o cap enrere. Però, si voleu controlar la velocitat, traieu el pont i connecteu un pin PWM.

Primer terminal del motor de corrent continu B

Segon terminal del motor CC B

El nombre de pins que té el motor del controlador L298N fa que sigui difícil d’utilitzar. Però, en realitat, és bastant fàcil i demostrem-ho amb un exemple de funcionament, en què l’utilitzem per controlar la direcció de rotació de tots dos motors.

Connecteu PICO al controlador del motor de la manera següent "trobareu el diagrama anterior":

• A 1 → D0
• In2 → D1
• In3 → D2
• In4 → D3

La direcció del motor es controla enviant un valor lògic ALTA i BAIXA entre cada parell de pins de controlador In1 / 2 i In3 / 4. Per exemple, si envieu HIGH a In1 i LOW a In2 fa que el motor giri en una direcció i enviar BAIX a In1 i HIGH a In2 giri el motor en la direcció oposada. Però, si envieu els mateixos senyals ALTA o BAIXA al mateix temps a In1 i In2, els motors s’aturaran.

No oblideu connectar el GND de PICO amb el GND de la bateria i no traieu els ponts Enable A i Enable B.

També trobareu el codi d’aquest exemple més amunt.

Pas 3: Afegir PWM al mòdul del controlador L298N

Ara podem controlar la direcció de rotació dels nostres motors. Però, encara no podem controlar les seves velocitats, ja que tenim una font de voltatge constant que els proporciona la màxima potència que poden prendre. I per fer-ho, necessiteu dos pins PWM per controlar els dos motors. Malauradament, PICO només té 1 sortida PWM, que hem d’ampliar mitjançant el mòdul OWM PCA9685, i aquest mòdul increïble pot ampliar el vostre PWM d’1 a 16.

Pinouts PCA9685:

1. VCC → Aquesta és la vostra potència lògica, amb un màxim de 3-5v.
2. GND → El pin negatiu ha d’estar connectat al GND per completar el circuit.
3. V + → Aquest pin distribueix l'energia provinent d'una font d'alimentació externa, s'utilitza principalment amb motors que necessiten una gran quantitat de corrent i necessiten una font d'alimentació externa.
4. SCL → Pin de rellotge sèrie, que connecteu al SCL de PICO.
5. SDA → Pin de dades sèrie, que connecteu a l'SDA de PICO.
6. OE → Pin d'activació de sortida, aquest pin actiu és BAIX, és a dir, quan el pin és BAIX, totes les sortides estan habilitades i, quan és ALTA, totes les sortides estan desactivades. Es tracta d’un passador opcional, amb el valor predeterminat baixant.

El mòdul PCA9685 PWM té 16 sortides PWM, cadascuna amb el seu propi senyal V +, GND i PWM que podeu controlar independentment dels altres. Cada PWM pot gestionar 25 mA de corrent, així que aneu amb compte.

Ara ve la part en què fem servir el mòdul PCA9685 per controlar la velocitat i la direcció dels nostres motors, i així és com connectem PICO als mòduls PCA9685 i L298N:

PICO a PCA9685:

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

PCA9685 a L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), per controlar la direcció del motor A.
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), per controlar la direcció del motor A.
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), per controlar la direcció del motor B.
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), per controlar la direcció del motor B.
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), per enviar el senyal PWM que controla la velocitat del motor A.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), per enviar el senyal PWM que controla la velocitat del motor B.

Trobareu el codi de totes aquestes parts adjuntes més amunt.

Pas 4: utilitzar el sensor de seguiment de línia

El rastrejador de línies és bastant senzill. Aquest sensor té la capacitat de distingir entre dues superfícies, en funció del contrast entre elles, com en blanc i negre.

El sensor de seguiment de línia té dues parts principals, el LED IR i el fotodiode. Pot distingir els colors emetent llum IR des del LED i llegint els reflexos que tornen al fotodiode, llavors el fotodiode emet un valor de tensió en funció de la llum reflectida (valor ALT per a una superfície "brillant" de llum i un valor BAIX per a una superfície fosca).

Els pinouts del seguidor de línia:

1. A0: aquest és el pin de sortida analògic i el fem servir si volem una lectura d'entrada analògica (0-1023)
2. D0: es tracta del pin de sortida digital i el fem servir si volem una lectura d’entrada digital (0-1)
3. GND: aquest és el pin de terra i el connectem al pin GND de PICO
4. VCC: aquest és el pin d'alimentació i el connectem al pin VCC de PICO (5v)
5. Potenciòmetre: s’utilitza per controlar la sensibilitat del sensor.

Anem a provar el sensor de seguiment de línia amb un programa senzill que engega un LED si detecta una línia negra i apaguem el LED si detecta una superfície blanca mentre s’imprimeix la lectura del sensor al monitor sèrie.

Trobareu el codi d'aquesta prova adjunt a la part superior.

Pas 5: ajuntar-ho tot

L’últim que hem de fer és ajuntar-ho tot. Com hem provat totes individualment i totes funcionen com s’esperava.

Mantindrem connectats els mòduls PICO, PCA9685 i L298N tal com estan. A continuació, afegim els sensors de seguidors de línia a la configuració existent i és la següent:

1. VCC (tots els sensors de seguiment de línia) → VCC (PICO)
2. GND (tots els sensors de seguiment de línia) → GND (PICO)
3. D0 (sensor de seguiment de línia dreta) → A0 (PICO)
4. D0 (sensor de seguiment de línia central) → A1 (PICO)
5. D0 (sensor de seguiment de línia esquerra) → A2 (PICO)

Aquest és el codi final que controlarà el vostre cotxe i li indicarà que segueixi una línia negra sobre un fons blanc en el nostre cas.