Bảng trắng lớp học của người theo dõi dòng Arduino: 8 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:32

Đi theo dòng trên mặt đất chán quá!

Chúng tôi đã cố gắng nhìn ở một góc độ khác đối với những người theo dõi dòng và đưa họ đến một bình diện khác - lên bảng trắng của trường.

Hãy nhìn xem điều gì đã xảy ra!

Bước 1: Bạn cần gì?

Đối với một robot đua:

Cơ học:

Khung gầm Robot miniQ 1 x 2WD; Nó là một nền tảng đa chức năng để tạo ra các robot hai bánh đơn giản

Động cơ giảm tốc 2 x 6V Micro với tỷ lệ giảm 1: 150; Động cơ giảm tốc đi kèm với nền tảng robot miniQ có tỷ số truyền 1:50 và quá nhanh. Chúng nên được thay thế bằng động cơ mạnh hơn, ví dụ với tỷ số truyền 1: 150 hoặc cao hơn. Tỷ số truyền càng cao thì rô bốt lướt trên bảng trắng càng chậm nhưng khả năng bánh xe bị trượt càng ít

4 x nam châm Neodymium; Bạn cần nam châm nhỏ có độ dày 3mm với đường kính 12mm (đối với loại có hình tròn) hoặc có cạnh 12mm (đối với loại có hình vuông). Ngoài ra, nam châm nên có lỗ cho vít máy với đầu chìm thường dành cho máy M3. Đôi khi các nhà sản xuất chỉ định độ bền của khớp nối nam châm. Nó phải nằm trong khoảng từ 2kg đến 2,4kg

Thiết bị điện tử:

1 x Arduino UNO; Máy tính trên bo mạch. Nền tảng tạo mẫu phổ biến nhất

1 x mô-đun Octoliner; Mắt và đèn pha của bot đua của bạn. Octoliner là cảm biến dòng mát bao gồm 8 cảm biến hồng ngoại riêng biệt được điều khiển thông qua giao diện I2C

1 x lá chắn động cơ; Hầu như bất kỳ mô-đun nào phù hợp với bạn. Tôi đã sử dụng một tương tự này dựa trên chip L298p

1 x pin LiPo 7,4V 2 cell; Nó có thể tạo ra một dòng điện lớn mà động cơ cần để thắng lực hút của nam châm. Pin 2 ô có hiệu điện thế trong khoảng từ 7,4V đến 8,4V. Nó là đủ cho động cơ 6V và bộ điều chỉnh điện áp tích hợp trên Arduino Board. Có thể chọn bất kỳ dung lượng nào. Pin có dung lượng lớn thì rô bốt lái càng lâu nhưng lưu ý rằng pin dung lượng quá lớn có thể nặng. Dung lượng trong khoảng 800mAh đến 1300mAh là tối ưu

Điều khoản khác:

4 x dây Nam-Nữ;

4 x đệm lót M3 hoặc ngăn cách Nam-Nữ với chiều dài 10mm;

Bộ đệm 3 x M3 hoặc giá đỡ Nam-Nữ với chiều dài 25mm trở lên;

4 x M3x8 vít đầu phẳng quầy bar;

1 x M3 vít Nylon;

1 x đai ốc lục giác M3 Nylon;

Bất kỳ vít M3 và đai ốc lục giác nào

Đối với một lớp học:

Bảng từ treo tường;

Dấu bảng từ màu đen dày;

Bộ sạc pin LiPo đặc biệt hoặc nhiều bộ sạc nếu bạn muốn làm nhiều rô bốt và sạc riêng

Bước 2: Làm thế nào để lắp ráp? Lắp ráp khung gầm

Lúc đầu, bạn cần lắp ráp nền tảng khung xe miniQ trước khi thay thế động cơ từ bộ phụ kiện bằng động cơ mạnh hơn với tỷ số truyền 1: 150. Đừng quên hàn dây vào các điểm tiếp xúc của động cơ!

Bước 3: Làm thế nào để lắp ráp? Cài đặt Nam châm

Cài đặt nam châm trên nền tảng miniQ. Sử dụng chân đế M3x10, vít chìm phẳng M3x8 hoặc M3x6 và đai ốc M3. Các lỗ cài đặt bắt buộc được hiển thị trong hình.

Đó là quan trọng!

Chiều dài của chân đế phải chính xác là 10 mm. Sau khi lắp đặt các nam châm, hãy kiểm tra nền tảng trên bảng trắng. Tất cả bốn nam châm phải được tiếp giáp với bảng từ và lốp cao su trên bánh xe của nền tảng miniQ phải được tải trước và tạo ra một số ma sát với bề mặt bảng.

Di chuyển robot trên bảng theo cách thủ công. Trong quá trình đi xe, nam châm không được rơi ra khỏi bảng. Nếu bất kỳ nam châm nào bật ra, điều đó có nghĩa là lốp cao su trên bánh xe chịu tải tối đa. Trong trường hợp này, hãy tăng khoảng cách 10mm của tất cả các giá đỡ lên 1 hoặc 2 mm bằng cách thêm một cặp vòng đệm M3 và thử lại.

Bước 4: Làm thế nào để lắp ráp? Thêm Điện tử

Gắn Bo mạch Arduino UNO trên nền tảng bằng cách sử dụng dự phòng M3x25, vít M3 và đai ốc M3. Không sử dụng các chế độ chờ ngắn, hãy để lại một số không gian dưới bảng Arduino cho dây và pin.

Lắp tấm chắn Động cơ trên Bo mạch Arduino UNO.

Cài đặt mô-đun Octoliner. Ấn nó vào nền bằng vít và đai ốc M3 nylon.

Đó là quan trọng!

Không sử dụng dây buộc kim loại để gắn Octoliner. Một số lỗ gắn trên bảng đột phá được hàn và sử dụng làm chân IO. Để tránh đoản mạch, hãy sử dụng dây buộc bằng nhựa, ví dụ như nylon.

Bước 5: Làm thế nào để lắp ráp? Hệ thống dây điện

Liên kết tất cả các thành phần điện tử như trong sơ đồ. Mô-đun Octoliner được kết nối qua 4 dây (GND, 5V, SDA, SCL) với Arduino UNO. Kết nối động cơ với tấm chắn Động cơ. Pin LiPo được liên kết với các miếng tiếp xúc của nguồn điện bên ngoài trên tấm chắn Động cơ cũng như với chân VIN trên bảng Arduino. Thay vì sử dụng chân VIN, bạn có thể sử dụng phích cắm nguồn 5,5 mm x 2,1 mm trên bo mạch.

Đó là quan trọng!

Khi sử dụng tấm chắn Động cơ không cần dây. Hai kênh động cơ được điều khiển bởi 4 chân. 2 chân PWM chịu trách nhiệm cho tốc độ quay trong khi 2 chân DIR cho hướng quay. Thông thường, chúng đã được liên kết với các chân Board Arduino cụ thể và số chỉ mục của chúng có thể khác nhau tùy thuộc vào nhà sản xuất tấm chắn. Ví dụ: đối với lá chắn Động cơ của tôi, các số là D4 D5 (DIR và PWM cho kênh đầu tiên) và D7 D6 (DIR và PWM cho kênh thứ hai). Đối với lá chắn Động cơ Arduino ban đầu, số chân tương ứng với D12 D3 (DIR và PWM cho kênh đầu tiên) và D13 D11 (DIR và PWM cho kênh thứ hai).

Đó là quan trọng!

Pin LiPo sở thích không có Bo mạch bảo vệ phân cực ngược! Việc vô tình làm ngắn các điểm tiếp xúc dương và âm sẽ dẫn đến hỏng hoặc cháy pin vĩnh viễn.

Bước 6: Làm thế nào để lập trình? XOD

Để tạo ra một chương trình cho một robot đua xe như vậy thậm chí còn dễ dàng hơn là lắp ráp nó.

Trong tất cả các dự án của mình, tôi sử dụng môi trường lập trình trực quan XOD cho phép tôi tạo các chương trình Arduino bằng đồ họa mà không cần viết mã. Môi trường này lý tưởng cho việc tạo mẫu thiết bị nhanh chóng hoặc học các thuật toán lập trình. Theo dõi trang web tài liệu XOD để đọc thêm.

Để lập trình robot này, bạn chỉ cần thêm một thư viện amperka / octoliner vào không gian làm việc XOD của mình. Nó cần thiết cho công việc với cảm biến dòng tám kênh.

Bước 7: Làm thế nào để lập trình? Vá

Chương trình dựa trên nguyên tắc hoạt động của bộ điều khiển PID. Nếu bạn muốn biết PID-controller là gì và nó hoạt động như thế nào, bạn có thể đọc một bài viết khác về chủ đề này.

Hãy xem bản vá với chương trình robot. Chúng ta hãy xem những nút nào hiện diện trên nó và tất cả hoạt động của nó như thế nào.

dòng octoliner

Nó là một nút khởi động nhanh từ thư viện amperka / octoliner XOD đại diện cho mô-đun Octoliner theo dõi dòng. Nó xuất ra "giá trị theo dõi dòng" nằm trong phạm vi từ -1 đến 1. Giá trị 0 cho thấy dòng nằm ở vị trí trung tâm so với các cảm biến hồng ngoại trên bảng Octoliner (giữa CH3 và CH4). Giá trị -1 tương ứng với vị trí cực trái (CH0) trong khi giá trị 1 ở cực bên phải (CH1). Trên nút khởi động khởi tạo các cảm biến optocoupler và thiết lập các thông số độ sáng và độ nhạy mặc định của chúng. Các đầu vào cho nút này là địa chỉ I2C của thiết bị (ADDR cho bo mạch Octoliner, nó là 0x1A) và tốc độ cập nhật giá trị theo dõi dòng (UPD), tôi đặt nó liên tục.

Các giá trị theo dõi dòng được đưa trực tiếp đến nút pid-controller.

pid-controller

Nút này thực hiện công việc của bộ điều khiển PID trong XOD. Giá trị mục tiêu (TARG) cho nó là 0. Đây là trạng thái khi đường thẳng nằm chính xác ở tâm bên dưới robot. Nếu giá trị theo dõi dòng là 0, bộ điều khiển PID sẽ đặt lại qua chân RST. Nếu giá trị theo dõi dòng khác 0, bộ điều khiển PID sẽ chuyển đổi nó bằng cách sử dụng các hệ số Kp, Ki, Kd thành các giá trị tốc độ động cơ. Các giá trị hệ số được chọn bằng thực nghiệm và lần lượt bằng 1, 0,2 và 0,5. Tốc độ cập nhật (UPD) của bộ điều khiển PID được đặt thành liên tục.

Giá trị đã xử lý của bộ điều khiển PID được trừ đi từ giá trị 1 và được cộng vào giá trị 1. Nó được thực hiện để giải đồng bộ hóa động cơ, để làm cho chúng quay theo các hướng ngược nhau khi dòng bị mất. Giá trị 1 trong các nút này đại diện cho tốc độ tối đa của động cơ. Bạn có thể giảm tốc độ bằng cách nhập giá trị thấp hơn.

h-cầu-dc-động cơ

Một vài trong số các nút này chịu trách nhiệm điều khiển các động cơ robot bên trái và bên phải. Tại đây, hãy đặt các giá trị chân PWM và DIR mà tấm chắn Động cơ của bạn hoạt động.

Flash bản vá và thử bot đua của bạn. Nếu bạn làm theo chính xác hướng dẫn lắp ráp, bạn không cần thay đổi bản vá hoặc điều chỉnh bộ điều khiển PID. Các cài đặt được chỉ định khá tối ưu.

Chương trình đã hoàn thành có thể được tìm thấy trong thư viện gabbapeople / whiteboard-races

Bước 8: Giới thiệu và Mẹo