直線跟隨機器人(Line follower Robot， LFR)是一種跟隨一條線的機器，它可以是一條黑線，也可以是一條白線。下面的行bot是初學(xué)者友好和有趣的理解和構(gòu)建。雖然Line follower bots很受歡迎，并且通常使用Arduino或其他微控制器構(gòu)建，但讓我們嘗試在沒有微控制器的情況下構(gòu)建相同的機器人，并實際了解其工作背后的邏輯，以及使用基本的電子產(chǎn)品來設(shè)計邏輯電路。顧名思義，機器人基本上是沿著一條線走，但可以建立更高級的版本，比如，我們可以讓機器人跟蹤這條線，找到起點和終點之間的短距離，或者讓機器人解決迷宮的線，等等。讓我們在這里嘗試一個簡單的基本行。該機器人基本上由一對紅外傳感器組成，用于檢測線路，兩個電機用于控制運動和方向。
所需的組件在建設(shè)線跟隨Bot
?紅外發(fā)光二極管，發(fā)射器和接收器(2對)
?電阻100k， 220歐姆，1k(各2個)
?發(fā)光二極管
?預(yù)置(可變電阻)(10k) (2)
?LM358集成電路
?L293D集成電路
?BO電機及車輪(2)
?頭針
?穿孔板
?電線
?底盤
?9V電池(附電池夾)(2)
理解行跟隨Bot的工作原理
通過比較器電路的工作和L293D電機驅(qū)動器的工作相結(jié)合，得到了簡單的工作邏輯。紅外傳感器輸出到LM358比較器IC。當(dāng)紅外led檢測到它前面的一些物體(或者在我們的情況下，檢測到白光)時，IC提供高輸出。然后比較器IC給出高輸出(VCC)。這被用作決定是否驅(qū)動電機的輸入信號。由于每個紅外傳感器與每個電機相關(guān)聯(lián)，我們可以通過驅(qū)動兩個電機來運行電機，我們可以通過一次只驅(qū)動一個電機來轉(zhuǎn)彎。
了解紅外傳感器的工作原理
紅外傳感器是機器人能夠跟隨線路的原因。你也可以使用紅外傳感器模塊，但在這里我們已經(jīng)建立了紅外傳感器。一旦您了解它的工作原理，構(gòu)建紅外傳感器就很簡單。紅外傳感器主要由紅外發(fā)送器(紅外LED)和紅外接收器(光電二極管)組成。有時，紅外LED和光電二極管一起被稱為光耦合器或光電耦合器。紅外發(fā)射LED，顧名思義，發(fā)射紅外光。根據(jù)波長、輸出功率和響應(yīng)時間的不同，紅外發(fā)射機可以分為不同的類型。與此類似，根據(jù)波長、電壓、封裝和其他因素，有各種各樣的紅外接收器。在紅外發(fā)射-接收組合中使用時，接收器的波長應(yīng)與發(fā)射器的波長相匹配。紅外發(fā)射和接收led的照片如下所示。
當(dāng)紅外LED發(fā)射紅外線時，如果有任何物體阻擋了紅外線，物體的表面就會反射紅外線，而紅外光電二極管對這些射線很敏感。紅外光電二極管接收這些反射的紅外射線，因此，電阻和輸出電壓相應(yīng)變化。利用這種輸出電壓(或光電二極管的電阻)的變化，我們可以構(gòu)建邏輯電路。這就是紅外傳感器的基本工作原理;我們將使用它來檢測線路的存在?，F(xiàn)在，當(dāng)白色表面存在時，紅外線會被反射，但黑色表面會吸收。因此，我們將能夠檢測到黑線存在的位置，并且我們可以構(gòu)建一個邏輯電路來跟蹤這條線。紅外發(fā)射器和接收器的工作原理如圖所示。
(提示：要檢查紅外發(fā)射機是否在發(fā)射，可以用相機(手機相機也可以)查看紅外發(fā)射機。你會在紅外LED的中心看到紫色的光。)
L293D電機驅(qū)動IC的工作原理
L293D是一個電機驅(qū)動IC，用于驅(qū)動電機(也就是機器人的輪子)。如L293D IC的引腳所示，它可以控制兩臺電機。它可以根據(jù)提供給電機的電流改變電機的速度;它可以根據(jù)輸入控制電機的方向;它也可以啟動或停止電機。
構(gòu)建無微控制器的直線跟隨機器人電路圖
使用L293D和IR傳感器的Line Follower機器人的完整原理圖如下：
正如您所看到的，我們將黑線跟隨機器人電路分為三個部分，其中兩個部分用于構(gòu)建紅外傳感器，一個用于使用L293D電機驅(qū)動器IC構(gòu)建控制器電路。
用LM358構(gòu)建紅外傳感器
LM358的引腳和紅外傳感器的電路連接如下圖所示。我們使用一個LM358集成電路來控制兩個紅外傳感器。LM358上電使用VCC和GND引腳，分別為8和4。LM358是一個運算放大器比較器IC，提供高輸出(VCC，在我們的情況下，9V)。光電二極管反向偏置，分壓器使用100k電阻創(chuàng)建，并作為輸入饋送到反相終端。另一個分壓器是使用10k預(yù)設(shè)創(chuàng)建的，并作為輸入給一個非反相引腳，引腳3的比較器。紅外LED通過使用VCC和GND正向偏置供電。引腳1是輸出，因此我們將LED與限流電阻連接，并從這里將傳感器的輸出作為電機驅(qū)動器的輸入。
綜上所述，我們知道光電二極管的電壓和電阻是根據(jù)表面是黑色還是白色而變化的。該電壓用于與預(yù)置的參考電壓進行比較，以給出高電壓或低電壓。使用LED指示輸出。
L293D電機控制器電路
引腳4、5、13和12短路并連接到地。引腳16是VCC引腳。這兩個引腳為IC供電。引腳8是VCC，電機運行的電壓，應(yīng)該在這里給出。由于我們使用的是9V電池，因此我們將縮短VCC引腳(引腳8和引腳16)并直接將其提供給9V。引腳1和引腳9為各自電機的使能引腳;對于我們的連接，我們需要電機在從紅外傳感器獲得輸入后立即運行，因此我們將使能引腳連接到高電平(用VCC短接)。引腳3和6應(yīng)該去一個電機和引腳14和11應(yīng)該去另一個電機?，F(xiàn)在，我們有兩個引腳用于傳感器輸出。這是用來運行電機在一個向前或反向的方向。由于我們的機器人將只向前移動，我們可以將引腳7和10連接到地面，并將紅外傳感器輸出到引腳2和4。
綜上所述，當(dāng)紅外傳感器有高輸入時，機器人會向前移動。當(dāng)機器人下面有一個白色的表面時，紅外傳感器給出高輸出，因此電機向前轉(zhuǎn)。如果兩個紅外傳感器都遇到黑色表面，它給出低輸出，因此電機不會運行。此時，機器人停止前進。但是如果只有一個紅外傳感器穿過黑色表面，該傳感器輸出較低，而另一個紅外傳感器，將在白色表面將給出高輸出，因此側(cè)電機仍將轉(zhuǎn)動，因此機器人進行轉(zhuǎn)彎。
裝配直線跟隨機器人
一旦我們理解了所有組件的連接，我們就可以開始組裝我們的跟隨線機器人。為了制造這個機器人，首先，我們需要一個機器人的底盤。這里我們使用了一個簡單的現(xiàn)成的機器人底盤。然后，我們在一些熱熔膠的幫助下，將帶有IR電路和控制器電路的BO電機放置到底盤上，如下圖所示。
為了給機器人供電，鋰離子電池(如18650)和升壓轉(zhuǎn)換器(將3.7V轉(zhuǎn)換為5V)是首選，因為簡單的9V電池?zé)o法運行機器人。但是使用18650時，還需要包括充電電路，這使得電路有點復(fù)雜。因此，我們在這里使用兩個9V電池并聯(lián)組合。單個9V電池不會輸出足夠的功率來驅(qū)動電機和紅外電路;因此，必須使用并行組合。L293D和IC 358都可以接受高達9V的輸入電壓，因此在這里使用它。如果電路使用高于9V的電源，請檢查L293D和IC 358的輸入電壓數(shù)據(jù)表(因為更高的電壓可能會損壞IC)。
測試及校正
我們已經(jīng)組裝好了機器人，因為它不需要任何代碼，所以是時候看看它的實際效果了。為此，我們所需要做的就是將機器人放在黑線的上方，并觀察它的動作。
設(shè)計無單片機隨行機器人的優(yōu)點
?我們學(xué)習(xí)設(shè)計基本的邏輯電路，它使我們了解微控制器邏輯的工作原理。
?我們構(gòu)建了紅外傳感器，并了解了它的工作原理。
?沒有微控制器，降低了整個項目的成本。
?不需要編程，因為沒有微控制器。
?電路很簡單，有助于加強基本的電子概念。
無單片機的隨行機器人設(shè)計的局限性
?機器人不能做90度轉(zhuǎn)彎。
?機器人運行在抽搐運動而不是平穩(wěn)運動(這可以使用PID控制器與微控制器一起固定)。
?當(dāng)兩個傳感器檢測到黑線時，機器人停止移動。
本文編譯自circuitdigest
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