Robot suiveur de ligne (LFR) est une machine qui suit une ligne, cela peut être une ligne noire ou une ligne blanche. Le bot suivant la ligne est adapté aux débutants et intéressant à comprendre et à construire. Bien que les robots suiveurs de ligne soient populaires et courants à construire avec Arduino ou d’autres microcontrôleurs, essayons de construire la même chose sans microcontrôleur et comprenons réellement la logique derrière son fonctionnement et utilisons l’électronique de base pour concevoir le circuit logique. Comme son nom l’indique déjà, le bot va essentiellement suivre une ligne, mais des versions plus avancées peuvent être construites, par exemple, nous pouvons demander au bot de tracer la ligne et de trouver la courte distance entre le début et le point final ou demander au bot de résoudre le labyrinthe de la ligne, etc. Essayons ici un robot simple et basique qui suit une ligne. Le robot se compose essentiellement d’une paire de capteurs IR pour détecter la ligne et de deux moteurs pour contrôler le mouvement et la direction.
Composants requis dans la ligne de création suivant le robot
- LED IR, émetteur et récepteur (2 paires)
- Résistances 100k, 220 ohms, 1k (2 chacune)
- LED
- Préréglage (résistance variable) (10k) (2)
- Circuit intégré LM358
- Circuit intégré L293D
- Moteurs BO et Roues (2)
- Broches d’en-tête
- Tableau de performances
- Fils
- Châssis
- Pile 9 V (avec clips de batterie) (2)
Comprendre le fonctionnement du robot de suivi de ligne
Le bot suivant la ligne fonctionne sur une logique simple obtenue en peignant le fonctionnement du circuit comparateur et Pilote de moteur L293D fonctionnement. Les capteurs IR donnent la sortie à CI comparateur LM358. Le circuit intégré donne un rendement élevé lorsque les LED IR détectent un objet devant lui (ou dans notre cas, détectent la lumière blanche). Ensuite, le circuit intégré du comparateur donne un rendement élevé (VCC). Ceci est utilisé comme signal d’entrée pour décider de piloter ou non le moteur. Puisque chaque capteur IR est associé à chaque moteur, nous pouvons faire avancer le moteur en entraînant les deux moteurs et nous pouvons effectuer des virages en entraînant un seul des moteurs à la fois.
Comprendre le fonctionnement du capteur IR
Le capteur IR est la raison pour laquelle le robot est capable de suivre la ligne. Vous pouvez également utiliser le module de capteur IR, mais ici nous avons construit le capteur IR. Construire le capteur IR est simple une fois que vous en comprenez le fonctionnement. Le capteur IR se compose essentiellement d’un émetteur infrarouge (LED IR) et d’un récepteur IR (photodiode). Parfois, la LED IR et la photodiode sont appelées ensemble OptoCoupler ou PhotoCoupler. La LED de l’émetteur IR, comme son nom l’indique, transmet la lumière IR. Les émetteurs infrarouges peuvent être de différents types en fonction de leurs longueurs d’onde, de leur puissance de sortie et de leur temps de réponse. De la même manière, il existe une variété de récepteurs IR en fonction de la longueur d’onde, de la tension, du conditionnement et d’autres facteurs. La longueur d’onde du récepteur doit correspondre à celle de l’émetteur lorsqu’il est utilisé dans un combo émetteur-récepteur infrarouge. La photo des LED de l’émetteur et du récepteur IR est présentée ci-dessous.
Lorsque la LED IR transmet un rayon IR si un objet est présent pour bloquer les rayons IR, la surface de l’objet reflétera les rayons IR et la photodiode IR est sensible à ces rayons. La photodiode IR reçoit ces rayons IR réfléchis et, par conséquent, la résistance et les tensions de sortie varient en conséquence. En utilisant cette variation de tension de sortie (ou résistance de la photodiode), nous pouvons construire le circuit logique. C’est le principe de fonctionnement de base du capteur IR ; nous l’utiliserons pour détecter la présence de la ligne. Désormais, les rayons IR sont réfléchis lorsqu’une surface blanche est présente mais une surface noire les absorbera. Ainsi, nous serons en mesure de détecter où une ligne noire est présente et nous pourrons construire un circuit logique pour suivre cette ligne. Le principe de fonctionnement de l’émetteur et du récepteur IR est tel qu’indiqué dans le schéma.
(Conseil : pour vérifier si l’émetteur IR transmet, utilisez la caméra (la caméra du téléphone portable fera également l’affaire) pour voir l’émetteur IR. Vous verrez une lueur violette au centre de la LED IR.)
Fonctionnement du circuit intégré de pilote de moteur L293D
L293D est un circuit intégré de pilote de moteur. Il sert à entraîner les moteurs (d’où la roue du robot). Comme indiqué dans le brochage du circuit intégré L293D, il peut contrôler deux moteurs. Il peut modifier la vitesse des moteurs en fonction du courant fourni aux moteurs ; il peut contrôler la direction des moteurs en fonction de l’entrée ; il peut également démarrer ou arrêter les moteurs.
Schéma de circuit pour construire un robot suiveur de ligne sans microcontrôleur
Schéma complet pour Robot suiveur de ligne utilisant L293D et les capteurs IR sont donnés ci-dessous :
Comme vous pouvez le constater, nous avons divisé le robot suiveur de ligne noire circuit en trois sections, sur les deux sont destinées à la construction de capteurs IR et une à la construction du circuit de contrôleur à l’aide du circuit intégré de pilote de moteur L293D.
Construire un capteur IR avec LM358
Le brochage du LM358 et les connexions du circuit du capteur IR sont comme indiqué ci-dessous. Nous utilisons un seul circuit intégré LM358 pour contrôler les deux capteurs IR. Le LM358 est alimenté à l’aide des broches VCC et GND qui sont respectivement 8 et 4. LM358 est un circuit intégré comparateur Op-Amp qui donne un rendement élevé (VCC, dans notre cas, 9V). La photodiode est polarisée en inverse et un diviseur de tension est créé à l’aide d’une résistance de 100k et alimenté en entrée de la borne inverseuse. L’autre diviseur de tension est créé à l’aide d’un préréglage de 10k et donné en entrée à une broche non inverseuse, la broche 3 du comparateur. La LED IR est alimentée en la polarisant en direct à l’aide de VCC et GND. La broche 1 est la sortie, nous connectons donc la LED à la résistance de limitation de courant et prenons la sortie du capteur à partir d’ici pour l’alimenter en entrée pour le pilote du moteur.
Pour résumer la connexion, nous savons que la tension et la résistance de la photodiode changent selon la présence d’une surface noire ou blanche. Cette tension est utilisée pour comparer avec une tension de référence, obtenue par le préréglage, pour donner une tension haute ou basse. La sortie est indiquée par la LED.
Circuit de contrôleur de moteur L293D
Les broches 4, 5, 13 et 12 sont court-circuitées et connectées à la masse. La broche 16 est la broche VCC. Ces deux broches alimentent le circuit intégré. La broche 8 est le VCC, la tension avec laquelle les moteurs fonctionnent, doit être indiquée ici. Puisque nous utilisons une pile 9V, nous allons court-circuiter les deux broches VCC (broche 8 et broche 16) et la passer directement au 9V. Les broches 1 et 9 sont des broches d’activation pour les moteurs respectifs ; pour notre connexion, nous avons besoin que le moteur tourne dès qu’il reçoit une entrée du capteur IR, nous allons donc connecter la broche d’activation au niveau haut (court-circuitez-la avec VCC). Les broches 3 et 6 doivent aller à un moteur et les broches 14 et 11 doivent aller à un autre moteur. Nous avons maintenant deux broches pour la sortie du capteur. Ceci est utilisé pour faire tourner le moteur dans le sens avant ou arrière. Puisque notre robot ne va se déplacer que vers l’avant, nous pouvons connecter les broches 7 et 10 à la terre et donner la sortie du capteur IR aux broches 2 et 4.
Pour résumer les connexions, le robot avance lorsqu’il y a une entrée élevée du capteur IR. Lorsqu’il y a une surface blanche sous le robot, le capteur IR donne un rendement élevé, ce qui fait que les moteurs avancent. Si les deux capteurs IR rencontrent la surface noire, le rendement est faible et le moteur ne fonctionnera pas. À ce stade, le bot cesse d’avancer. Mais si un seul des capteurs IR rencontre la surface noire, ce capteur donne un faible rendement tandis que l’autre capteur IR, qui sera sur la surface blanche, donnera un rendement élevé, donc ce moteur latéral tournera toujours et donc le robot fera le tour.
Assemblage du robot suiveur de ligne
Une fois que nous avons compris la connexion de tous les composants, nous pouvons commencer à assembler notre robot suiveur de ligne. Pour fabriquer ce robot, nous avons d’abord besoin d’un châssis de robot. Ici, nous avons utilisé un simple châssis de robot prêt à l’emploi. Ensuite, nous avons placé les moteurs BO avec le circuit IR et le circuit contrôleur sur le châssis à l’aide de colle chaude, comme indiqué dans l’image ci-dessous.
Pour alimenter le robot, les batteries lithium-ion (comme 18650) ainsi qu’un convertisseur élévateur (pour convertir 3,7 V en 5 V) sont préférables, car une simple batterie 9 V ne peut pas faire fonctionner le robot. Mais en utilisant 18650, des circuits de charge doivent également être inclus, ce qui rend le circuit un peu complexe. Par conséquent, nous avons utilisé ici deux piles 9V en parallèle. Une seule pile de 9 V ne produira pas assez de puissance pour piloter à la fois les moteurs et le circuit IR ; il faut donc utiliser une combinaison parallèle. Le L293D et l’IC 358 peuvent tous deux prendre une tension d’entrée jusqu’à 9 V, c’est pourquoi ils sont utilisés ici. Si l’on utilise une tension supérieure à 9 V pour alimenter le circuit, vérifiez la fiche technique du L293D et de l’IC 358 pour la tension d’entrée (car des tensions plus élevées pourraient endommager le circuit intégré).
Tests et étalonnage
Nous avons assemblé le robot et comme il ne nécessite aucun code, il est temps de le voir en action. Pour cela, il suffit de placer le robot au-dessus de la ligne noire et de le voir en action.
Avantages de la conception d’un bot Line Follow sans microcontrôleur
- Nous apprenons à concevoir des circuits logiques de base et cela nous permet de comprendre le fonctionnement de la logique des microcontrôleurs.
- Nous construisons le capteur IR et comprenons également son fonctionnement.
- Sans microcontrôleur, le coût de l’ensemble du projet est réduit.
- Aucune programmation n’est requise car il n’y a pas de microcontrôleur.
- Le circuit est simple et permet de renforcer les concepts électroniques de base.
Limites de la conception d’un robot de suivi de ligne sans microcontrôleur
- Le robot ne peut pas effectuer de virages à 90 degrés.
- Le robot fonctionne avec des mouvements saccadés au lieu d’un mouvement fluide (cela pourrait être corrigé à l’aide de contrôleurs PID avec un microcontrôleur).
- Le robot s’arrête de bouger lorsque les deux capteurs détectent la ligne noire.
Vidéo Vous avez des questions concernant cet article ?
Démarrer une discussion sur :
Commentaires
Ajouter un nouveau commentaire
- Connectez-vous ou inscrivez-vous pour poster des commentaires
Retrouvez l’histoire de Raspberry Pi dans cette vidéo :
