Robot theo dòng với PICO: 5 bước (có hình ảnh)

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:31

Trước khi bạn có khả năng tạo ra một robot có thể kết thúc nền văn minh như chúng ta biết và có thể kết thúc loài người. Trước tiên, bạn phải có khả năng tạo ra những rô-bốt đơn giản, những rô-bốt có thể đi theo một đường vẽ trên mặt đất và đây là nơi bạn sẽ thực hiện bước đầu tiên của mình để kết thúc tất cả chúng ta>. <

Trước hết, rô bốt theo dòng là rô bốt có khả năng đi theo một đường trên mặt đất, và đường này thường là một đường màu đen được vẽ trên nền trắng hoặc ngược lại; và đó là vì robot dễ dàng phân biệt được sự khác biệt giữa các màu có độ tương phản cao, như đen và trắng. Nơi robot thay đổi góc tùy thuộc vào màu sắc mà nó đọc được.

Quân nhu

1. PICO

2. Khung rô-bốt Dẫn động hai bánh, có các tính năng sau:

   • Khung acrylic
   • 2 động cơ DC có bánh xe và bộ mã hóa
   • Bánh xe đẩy với chân đế kim loại
   • Giá đỡ pin 4 kênh
   • Một số vít và đai ốc
   • BẬT / TẮT chuyển đổi
3. Mô-đun điều khiển động cơ L298N
4. 2 cảm biến theo dõi dòng
5. Pin 7.4v

Bước 1: Chuẩn bị Động cơ DC

Bạn có thể sử dụng khung gầm "2WD" dẫn động hai bánh để thực hiện dự án này dễ dàng hơn, vì nó tiết kiệm thời gian và công sức khi tự chế tạo khung gầm của riêng bạn. Giúp bạn có nhiều thời gian hơn để tập trung vào các thiết bị điện tử của dự án.

Hãy bắt đầu với động cơ DC, vì bạn sẽ sử dụng động cơ để điều khiển tốc độ và hướng di chuyển của rô-bốt, tùy thuộc vào các chỉ số của cảm biến. Việc đầu tiên cần làm là bắt đầu kiểm soát tốc độ của động cơ, tỷ lệ thuận với điện áp đầu vào, nghĩa là bạn phải tăng điện áp thì tốc độ tăng lên và ngược lại.

Kỹ thuật PWM "Điều chế độ rộng xung" là lý tưởng cho công việc, vì nó cho phép bạn điều chỉnh và tùy chỉnh giá trị trung bình của thiết bị điện tử (động cơ) của bạn. Và nó hoạt động bằng cách sử dụng các tín hiệu kỹ thuật số "HIGH" và "LOW" để tạo ra các giá trị tương tự, bằng cách xen kẽ giữa 2 tín hiệu với tốc độ rất nhanh. Trường hợp điện áp "tương tự" phụ thuộc vào tỷ lệ phần trăm giữa tín hiệu kỹ thuật số CAO đến THẤP kỹ thuật số hiện diện trong khoảng thời gian PWM.

Xin lưu ý rằng chúng tôi không thể kết nối PICO trực tiếp với động cơ, vì động cơ cần tối thiểu 90mA mà không thể xử lý bằng các chân của PICO và đó là lý do tại sao chúng tôi sử dụng mô-đun trình điều khiển động cơ L298N, cho phép chúng tôi cả hai gửi đủ dòng điện cho động cơ và thay đổi cực tính của nó.

Bây giờ, hãy hàn một dây vào mỗi đầu cuối của động cơ, làm theo các bước sau:

1. Cầu chì một ít chất hàn trên đầu cuối của động cơ
2. Đặt đầu dây phía trên đầu cuối của động cơ và làm nóng nó với mỏ hàn cho đến khi chất hàn trên đầu cuối nóng chảy và kết nối với dây, sau đó tháo mỏ hàn và để kết nối nguội đi.
3. Lặp lại các bước trước với các đầu cuối còn lại của cả hai động cơ.

Bước 2: Sử dụng Mô-đun trình điều khiển động cơ L298N

Động cơ điều khiển động cơ L298N có khả năng tăng cường tín hiệu đến từ PICO và thay đổi cực tính của dòng điện đi qua nó. Cho phép bạn kiểm soát cả tốc độ và hướng mà động cơ của bạn quay.

Cổng ra pin L298N

1. Đầu cuối đầu tiên của động cơ DC A
2. Đầu cuối thứ hai của động cơ DC A
3. Bộ điều chỉnh 5v tích hợp jumper. Tháo cầu nối này nếu bạn đang kết nối điện áp cung cấp động cơ lớn hơn 12v, để không làm cứng bộ điều chỉnh điện áp.
4. Điện áp cung cấp cho động cơ. Tối đa là 35v, và đừng quên tháo bộ điều chỉnh điện áp nếu bạn đang sử dụng hơn 12v.
5. GND
6. Đầu ra 5v. Đầu ra này đến từ bộ điều chỉnh điện áp nếu nó vẫn được kết nối và nó cung cấp cho bạn khả năng cấp nguồn cho PICO của bạn từ cùng một nguồn với động cơ.
7. Động cơ DC A cho phép jumper. Nếu jumper này được kết nối, động cơ sẽ chạy ở tốc độ tối đa hoặc tiến hoặc lùi. Tuy nhiên, nếu bạn muốn kiểm soát tốc độ, chỉ cần tháo jumper và thay vào đó kết nối một chân PWM.
8. In1, nó giúp kiểm soát cực của dòng điện và do đó, hướng quay của động cơ A.
9. In2, nó giúp kiểm soát cực của dòng điện và do đó, hướng quay của động cơ A.

10. In3, nó giúp kiểm soát cực của dòng điện và do đó, hướng quay của động cơ B.

11. In4, nó giúp kiểm soát cực của dòng điện và do đó, hướng quay của động cơ B.
12. Động cơ DC B cho phép jumper. Nếu jumper này được kết nối, động cơ sẽ chạy ở tốc độ tối đa hoặc tiến hoặc lùi. Tuy nhiên, nếu bạn muốn kiểm soát tốc độ, chỉ cần tháo jumper và thay vào đó kết nối một chân PWM.

Đầu cuối đầu tiên của động cơ DC B

Đầu cuối thứ hai của động cơ DC B

Số chân của động cơ điều khiển L298N có vẻ khó sử dụng. Tuy nhiên, nó thực sự khá dễ dàng, và hãy chứng minh điều đó bằng một ví dụ hoạt động, nơi chúng tôi sử dụng nó để điều khiển hướng quay của cả hai động cơ của chúng tôi.

Kết nối PICO với trình điều khiển động cơ như sau "bạn sẽ tìm thấy sơ đồ ở trên":

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

Hướng của động cơ được điều khiển bằng cách gửi giá trị logic CAO và THẤP giữa mỗi cặp chân trình điều khiển In1 / 2 và In3 / 4. Ví dụ: nếu bạn gửi HIGH đến In1 và LOW đến In2, nó sẽ làm cho động cơ quay theo một hướng và gửi LOW đến In1 và HIGH đến In2 sẽ quay động cơ theo hướng ngược lại. Tuy nhiên, nếu bạn gửi cùng một lúc các tín hiệu CAO hoặc THẤP đến cả In1 và In2, động cơ sẽ dừng.

Đừng quên kết nối GND của PICO với GND của pin và không tháo các jumper Enable A và Enable B.

Bạn cũng sẽ tìm thấy mã của ví dụ này ở trên.

Bước 3: Thêm PWM vào Mô-đun trình điều khiển L298N

Bây giờ chúng tôi có thể kiểm soát hướng quay của động cơ của chúng tôi. Tuy nhiên, chúng tôi vẫn không thể kiểm soát tốc độ của chúng, vì chúng tôi có một nguồn điện áp không đổi cung cấp cho chúng công suất tối đa mà chúng có thể sử dụng. Và để làm điều đó, bạn cần hai chân PWM để điều khiển cả hai động cơ của mình. Thật không may, PICO chỉ có 1 đầu ra PWM, chúng tôi cần mở rộng bằng cách sử dụng mô-đun PCA9685 OWM và mô-đun tuyệt vời này có thể mở rộng PWM của bạn từ 1 đến 16!

Sơ đồ chân PCA9685:

1. VCC → Đây là nguồn logic của bạn, với tối đa 3-5v.
2. GND → Chân âm phải được kết nối với GND để hoàn thành mạch.
3. V + → Chân này phân phối năng lượng đến từ nguồn điện bên ngoài, nó chủ yếu được sử dụng với các động cơ cần dòng điện lớn và cần nguồn điện bên ngoài.
4. SCL → Chân đồng hồ nối tiếp, mà bạn kết nối với SCL của PICO.
5. SDA → Chân dữ liệu nối tiếp, mà bạn kết nối với SDA của PICO.
6. OE → Chân cho phép đầu ra, chân này hoạt động là LOW, có nghĩa là khi chân THẤP, tất cả các đầu ra được bật và khi nó CAO, tất cả các đầu ra sẽ bị vô hiệu hóa. Đây là một ghim tùy chọn, với giá trị mặc định là THẤP.

Mô-đun PCA9685 PWM có 16 đầu ra PWM, với mỗi đầu ra có tín hiệu V +, GND và PWM riêng mà bạn có thể điều khiển độc lập với các đầu ra khác. Mỗi PWM có thể xử lý dòng điện 25mA, vì vậy hãy cẩn thận.

Bây giờ đến phần chúng tôi sử dụng mô-đun PCA9685 để điều khiển tốc độ và hướng của động cơ và đây là cách chúng tôi kết nối PICO với các mô-đun PCA9685 và L298N:

PICO đến PCA9685:

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

PCA9685 đến L298N:

1. PWM 0 (PCA9685) → In1 (L298N), để điều khiển hướng của động cơ A
2. PWM 1 (PCA9685) → In2 (L298N), để điều khiển hướng của động cơ A
3. PWM 2 (PCA9685) → In3 (L298N), để điều khiển hướng của động cơ B
4. PWM 3 (PCA9685) → In4 (L298N), để điều khiển hướng của động cơ B
5. PWM 4 (PCA9685) → enableA (L298N), để gửi tín hiệu PWM điều khiển tốc độ của động cơ A.
6. PWM 5 (PCA9685) → enableB (L298N), để gửi tín hiệu PWM điều khiển tốc độ của động cơ B.

Bạn sẽ tìm thấy mã cho tất cả các phần này được đính kèm ở trên.

Bước 4: Sử dụng cảm biến theo dõi đường thẳng

Trình theo dõi dòng khá đơn giản. Cảm biến này có khả năng phân biệt giữa hai bề mặt, tùy thuộc vào độ tương phản giữa chúng, chẳng hạn như màu đen và trắng.

Cảm biến theo dõi dòng có hai phần chính, đèn LED hồng ngoại và điốt quang. Nó có thể cho biết màu sắc bằng cách phát ra ánh sáng hồng ngoại từ đèn LED và đọc phản xạ quay trở lại điốt quang, sau đó điốt quang tạo ra giá trị điện áp tùy thuộc vào ánh sáng phản xạ (giá trị CAO đối với bề mặt ánh sáng "sáng bóng" và giá trị THẤP cho bề mặt tối).

Sơ đồ chân của trình theo dõi đường thẳng:

1. A0: đây là chân đầu ra tương tự và chúng tôi sử dụng nó nếu chúng tôi muốn đọc đầu vào tương tự (0-1023)
2. D0: Đây là chân đầu ra kỹ thuật số và chúng tôi sử dụng nó nếu chúng tôi muốn đọc đầu vào kỹ thuật số (0-1)
3. GND: Đây là chân nối đất và chúng tôi kết nối nó với chân GND của PICO
4. VCC: Đây là chân nguồn và chúng tôi kết nối nó với chân VCC của PICO (5v)
5. Chiết áp: Được sử dụng để kiểm soát độ nhạy của cảm biến.

Hãy kiểm tra cảm biến theo dõi dòng bằng một chương trình đơn giản bật đèn LED nếu phát hiện vạch đen và tắt đèn LED nếu phát hiện bề mặt trắng trong khi in số đọc của cảm biến trên Màn hình nối tiếp.

Bạn sẽ tìm thấy mã của bài kiểm tra này được đính kèm ở trên.

Bước 5: Kết hợp mọi thứ lại với nhau

Điều cuối cùng chúng ta cần làm là kết hợp mọi thứ lại với nhau. Như chúng tôi đã kiểm tra tất cả chúng riêng lẻ và tất cả chúng đều hoạt động như mong đợi.

Chúng tôi sẽ giữ cho PICO, các mô-đun PCA9685 và L298N được kết nối như chúng vốn có. Sau đó, chúng tôi thêm các cảm biến theo dõi dòng vào thiết lập hiện có của chúng tôi và nó như sau:

1. VCC (tất cả các cảm biến theo dõi đường truyền) → VCC (PICO)
2. GND (tất cả các cảm biến theo dõi đường truyền) → GND (PICO)
3. D0 (Cảm biến theo dõi dòng bên phải) → A0 (PICO)
4. D0 (Cảm biến theo dõi đường trung tâm) → A1 (PICO)
5. D0 (Cảm biến theo dõi đường bên trái) → A2 (PICO)

Đây là mã cuối cùng sẽ kiểm soát ô tô của bạn và yêu cầu nó đi theo một vạch, vạch đen trên nền trắng trong trường hợp của chúng tôi.