Linienfolger-Roboter mit PICO - Gunook

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2024-01-30 07:16

Bevor Sie in der Lage sind, einen Roboter zu erschaffen, der die Zivilisation, wie wir sie kennen, und die menschliche Rasse beenden kann. Sie müssen zuerst in der Lage sein, die einfachen Roboter zu erstellen, die einer auf dem Boden gezeichneten Linie folgen können, und hier werden Sie Ihren ersten Schritt machen, um uns alle zu beenden >.<

Zuallererst ist ein linienfolgender Roboter ein Roboter, der in der Lage ist, einer Linie am Boden zu folgen, und diese Linie ist normalerweise eine schwarze Linie auf weißem Hintergrund oder umgekehrt; Und das liegt daran, dass der Roboter leichter zwischen stark kontrastierenden Farben wie Schwarz und Weiß unterscheiden kann. Wo der Roboter seinen Winkel ändert, abhängig von der Farbe, die er liest.

Lieferungen

1. PICO

2. Zweiradantriebs-Roboterchassis mit folgenden Eigenschaften:

   • Acryl-Chassis
   • 2 Gleichstrommotoren mit Rädern und Encodern
   • Lenkrolle mit Metallabstandshaltern
   • 4-Kanal-Batteriehalter
   • Einige Schrauben und Muttern
   • Ein / Aus Schalter
3. L298N Motortreibermodul
4. 2 Linientracker-Sensoren
5. 7,4 V Batterie

Schritt 1: Vorbereiten der DC-Motoren

Sie können das zweiradgetriebene "2WD"-Chassis verwenden, um dieses Projekt zu erleichtern, da es Zeit und Mühe beim Bau Ihres eigenen Chassis spart. So haben Sie mehr Zeit, sich auf die Elektronik des Projekts zu konzentrieren.

Beginnen wir mit den DC-Motoren, da Sie die Motoren verwenden werden, um die Bewegungsgeschwindigkeit und -richtung Ihres Roboters abhängig von den Messwerten der Sensoren zu steuern. Das erste, was Sie tun müssen, ist, die Drehzahl der Motoren zu regeln, die direkt proportional zur Eingangsspannung ist, dh Sie müssen die Spannung erhöhen, um die Drehzahl zu erhöhen und umgekehrt.

Die PWM-Technik "Pulsweitenmodulation" ist ideal für den Job, da Sie den Durchschnittswert, der an Ihr elektronisches Gerät (Motor) geht, anpassen und anpassen können. Und es funktioniert, indem es die digitalen Signale "HIGH" und "LOW" verwendet, um analoge Werte zu erzeugen, indem sehr schnell zwischen den beiden Signalen gewechselt wird. Wobei die "analoge" Spannung vom Prozentsatz zwischen den digitalen HIGH- zu den digitalen LOW-Signalen abhängt, die während einer PWM-Periode vorhanden sind.

Bitte beachten Sie, dass wir PICO nicht direkt an den Motor anschließen können, da der Motor mindestens 90 mA benötigt, was von den Pins von PICO nicht verarbeitet werden kann, und deshalb verwenden wir das L298N-Motortreibermodul, das uns die Möglichkeit gibt, beide zu senden genug Strom zu den Motoren und ändern Sie die Polarität.

Lassen Sie uns nun einen Draht an jede der Motorklemmen anlöten, indem Sie diesen Schritten folgen:

1. Schmelzen Sie eine kleine Menge Lötzinn an der Motorklemme
2. Legen Sie die Drahtspitze über die Motorklemme und erhitzen Sie diese mit dem Lötkolben, bis das Lot an der Klemme schmilzt und mit dem Draht verbunden ist, dann den Lötkolben entfernen und die Verbindung abkühlen lassen.
3. Wiederholen Sie die vorherigen Schritte mit den restlichen Klemmen beider Motoren.

Schritt 2: Verwenden des L298N-Motortreibermoduls

Der L298N-Motortreibermotor hat die Fähigkeit, das von PICO kommende Signal zu verstärken und die Polarität des durch ihn fließenden Stroms zu ändern. Damit können Sie sowohl die Geschwindigkeit als auch die Richtung steuern, mit der sich Ihre Motoren drehen.

L298N Pinbelegung

1. Erste Klemme des Gleichstrommotors A
2. Zweite Klemme des Gleichstrommotors A
3. Onboard 5-V-Regler-Jumper. Entfernen Sie diesen Jumper, wenn Sie eine Motorversorgungsspannung von mehr als 12 V anschließen, um den Spannungsregler nicht zu stark zu machen.
4. Versorgungsspannung des Motors. Das Maximum beträgt 35 V, und vergessen Sie nicht, den Spannungsregler zu entfernen, wenn Sie mehr als 12 V verwenden.
5. Masse
6. 5V-Ausgang. Dieser Ausgang kommt vom Spannungsregler, wenn er noch angeschlossen ist, und gibt Ihnen die Möglichkeit, Ihren PICO aus derselben Quelle wie den Motor zu versorgen.
7. Jumper zur Freigabe des Gleichstrommotors A. Wenn dieser Jumper angeschlossen ist, läuft der Motor entweder vorwärts oder rückwärts mit voller Geschwindigkeit. Wenn Sie jedoch die Geschwindigkeit steuern möchten, entfernen Sie einfach den Jumper und schließen Sie stattdessen einen PWM-Pin an.
8. In1 hilft es bei der Steuerung der Strompolarität und damit der Drehrichtung für Motor A.
9. In2 hilft es bei der Steuerung der Strompolarität und damit der Drehrichtung für Motor A.

10. In3 hilft es bei der Steuerung der Strompolarität und damit der Drehrichtung für Motor B.

11. In4 hilft es bei der Steuerung der Strompolarität und damit der Drehrichtung für Motor B.
12. DC-Motor B Freigabe-Jumper. Wenn dieser Jumper angeschlossen ist, läuft der Motor entweder vorwärts oder rückwärts mit voller Geschwindigkeit. Wenn Sie jedoch die Geschwindigkeit steuern möchten, entfernen Sie einfach den Jumper und schließen Sie stattdessen einen PWM-Pin an.

Erste Klemme des Gleichstrommotors B

Zweite Klemme des Gleichstrommotors B

Die Anzahl der Pins, die der L298N-Treibermotor hat, lässt die Verwendung schwierig erscheinen. Aber eigentlich ist es ganz einfach, und das beweisen wir an einem funktionierenden Beispiel, wo wir damit die Drehrichtung unserer beiden Motoren steuern.

Verbinden Sie PICO wie folgt mit dem Motortreiber "Sie finden das Diagramm oben":

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

Die Drehrichtung des Motors wird durch Senden eines HIGH- und LOW-Logikwerts zwischen jedem Paar In1/2- und In3/4-Treiberpins gesteuert. Wenn Sie beispielsweise HIGH an In1 und LOW an In2 senden, dreht sich der Motor in eine Richtung und das Senden von LOW an In1 und HIGH an In2 dreht den Motor in die entgegengesetzte Richtung. Wenn Sie jedoch die gleichen HIGH- oder LOW-Signale gleichzeitig an In1 und In2 senden, stoppen die Motoren.

Vergessen Sie nicht, PICOs GND mit dem GND der Batterie zu verbinden und entfernen Sie nicht die Jumper Enable A und Enable B.

Sie finden auch den Code dieses Beispiels oben.

Schritt 3: Hinzufügen von PWM zum L298N-Treibermodul

Wir können jetzt die Drehrichtung unserer Motoren steuern. Aber wir können ihre Geschwindigkeiten immer noch nicht kontrollieren, da wir eine Konstantspannungsquelle haben, die ihnen die maximale Leistung gibt, die sie aufnehmen können. Und dazu benötigen Sie zwei PWM-Pins, um Ihre beiden Motoren zu steuern. Leider hat PICO nur 1 PWM-Ausgang, den wir mit dem PCA9685 OWM-Modul erweitern müssen, und dieses erstaunliche Modul kann Ihre PWM von 1 auf 16 erweitern!

PCA9685 Pinbelegung:

1. VCC → Dies ist Ihre Logikleistung mit 3-5 V max.
2. GND → Der negative Pin muss mit GND verbunden werden, um den Stromkreis zu vervollständigen.
3. V+ → Dieser Pin verteilt den Strom, der von einer externen Stromquelle kommt. Er wird hauptsächlich bei Motoren verwendet, die viel Strom benötigen und eine externe Stromquelle benötigen.
4. SCL → Serieller Clock-Pin, den Sie mit dem SCL von PICO verbinden.
5. SDA → Serieller Datenpin, den Sie mit dem SDA von PICO verbinden.
6. OE → Output-Enable-Pin, dieser Pin ist aktiv LOW, was bedeutet, dass, wenn der Pin LOW ist, alle Ausgänge aktiviert sind und wenn er HIGH ist, sind alle Ausgänge deaktiviert. Dies ist ein optionaler Pin, wobei der Standardwert auf LOW gezogen wird.

Das PWM-Modul PCA9685 verfügt über 16 PWM-Ausgänge, von denen jeder ein eigenes V+-, GND- und PWM-Signal hat, das Sie unabhängig voneinander steuern können. Jede PWM kann 25 mA Strom verarbeiten, seien Sie also vorsichtig.

Jetzt kommt der Teil, in dem wir das PCA9685-Modul verwenden, um die Geschwindigkeit und Richtung unserer Motoren zu steuern, und so verbinden wir PICO mit den PCA9685- und L298N-Modulen:

PICO zu PCA9685:

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

PCA9685 bis L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), um die Drehrichtung des Motors A zu steuern
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), um die Drehrichtung des Motors A zu steuern
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), um die Drehrichtung von Motor B. zu steuern
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), um die Drehrichtung von Motor B. zu steuern
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), zum Senden des PWM-Signals, das die Geschwindigkeit von Motor A steuert.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), zum Senden des PWM-Signals, das die Geschwindigkeit von Motor B steuert.

Sie finden den Code für alle diese Teile oben angehängt.

Schritt 4: Verwenden des Line-Tracker-Sensors

Der Line-Tracker ist ziemlich einfach. Dieser Sensor hat die Fähigkeit, zwischen zwei Oberflächen zu unterscheiden, je nach Kontrast zwischen ihnen, wie in Schwarz und Weiß.

Der Line-Tracker-Sensor besteht aus zwei Hauptteilen, der IR-LED und der Fotodiode. Es kann die Farben erkennen, indem es IR-Licht von der LED emittiert und die Reflexionen liest, die zur Fotodiode zurückkommen für eine dunkle Oberfläche).

Die Pinbelegung des Line-Trackers:

1. A0: Dies ist der analoge Ausgangspin, und wir verwenden ihn, wenn wir einen analogen Eingang lesen möchten (0-1023)
2. D0: Dies ist der digitale Ausgangspin, und wir verwenden ihn, wenn wir einen digitalen Eingangswert (0-1) wünschen
3. GND: Dies ist der Erdungsstift, und wir verbinden ihn mit dem GND-Pin von PICO
4. VCC: Dies ist der Power-Pin, und wir verbinden ihn mit dem VCC-Pin von PICO (5V).
5. Potentiometer: Dies wird verwendet, um die Empfindlichkeit des Sensors zu steuern.

Testen wir den Zeilenverfolgungssensor mit einem einfachen Programm, das eine LED einschaltet, wenn es eine schwarze Linie erkennt, und die LED ausschaltet, wenn es eine weiße Oberfläche erkennt, während der Messwert des Sensors auf dem seriellen Monitor gedruckt wird.

Den Code zu diesem Test finden Sie oben angehängt.

Schritt 5: Alles zusammenfügen

Das Letzte, was wir tun müssen, ist, alles zusammenzustellen. Da wir alle einzeln getestet haben und alle wie erwartet funktionieren.

Wir werden PICO, die Module PCA9685 und L298N so belassen, wie sie sind. Dann fügen wir die Linienfolgersensoren zu unserem bestehenden Setup hinzu, und es ist wie folgt:

1. VCC (alle Linienverfolgungssensoren) → VCC (PICO)
2. GND (alle Linienverfolgungssensoren) → GND (PICO)
3. D0 (Rechtslinien-Tracker-Sensor) → A0 (PICO)
4. D0 (Mittellinien-Tracker-Sensor) → A1 (PICO)
5. D0 (Linker Zeilensensor) → A2 (PICO)

Dies ist der endgültige Code, der Ihr Auto steuert und ihm sagt, dass es einer Linie folgen soll, in unserem Fall eine schwarze Linie auf weißem Hintergrund.