Circuito de vehículo seguidor de línea simple usando amplificadores operacionales

El artículo explica un circuito de vehículo seguidor de línea simple, también conocido como vehículo rastreador de línea, que usa solo un par de amplificadores operacionales y algunos otros componentes, sin usar Arduino o microcontroladores complejos.

¿Qué es un vehículo seguidor de línea?

Un vehículo seguidor de línea es una forma de vehículo guiado automático (AGV) que se ejecuta detectando una línea blanca dibujada o incrustada en el suelo. La señal de los detectores ordena a las ruedas motorizadas que giren y se ajusten automáticamente de acuerdo con la línea, dando la impresión de que el vehículo sigue la línea. De ahí el seguidor de la línea del nombre.

Básicamente, los detectores tienen la forma de fotorresistencias como LDR o semiconductores detectores de luz como fotodiodos o fototransistores .

Un par de tales detectores de luz Se utilizan los que detectan la luz reflejada de la línea blanca y conmutan un circuito transistorizado o comparadores basados ​​en amplificador operacional, que a su vez controlan los motores de las ruedas del vehículo para maniobrar de acuerdo con los giros y curvas de la línea blanca en el suelo.

Uso de comparadores de ventanas

En el circuito de vehículo seguidor de línea propuesto, hemos utilizado un par de comparadores de amplificador operacional estaba accionando los motores en el acto de equilibrio.

Los amplificadores operacionales están equipados como ventana compartaors . Como sugiere el nombre, un comparador de ventana compara la señal de entrada de los detectores con dos referencias de voltaje extremo que constituyen los umbrales de 'ventana'. Siempre que el nivel de la señal de entrada esté dentro de los umbrales de referencia de esta 'ventana', la salida de ambos amplificadores operacionales mantiene una lógica alta en sus salidas.

Sin embargo, en un caso de que la señal de entrada tienda a cruzar los umbrales de referencia, la salida del amplificador operacional relevante se vuelve baja, lo que da como resultado salidas opuestas de los amplificadores operacionales. Este desequilibrio hace que los dispositivos de salida corrijan la situación al cambiar las cargas de manera apropiada.

Cómo funciona el circuito

Refiriéndonos al diagrama de circuito del vehículo seguidor de línea a continuación, podemos ver dos amplificadores operacionales configurados como compartimentos de ventana.

Los amplificadores operacionales pueden ser del IC LM358 o LM324

El amplificador operacional superior está conectado para controlar el límite del umbral superior, mientras que el amplificador operacional inferior está conectado para controlar el límite del umbral inferior.

La entrada inversora del amplificador operacional A1 y la entrada no inversora del amplificador operacional A2 están sujetas con voltaje de referencia fijo

La entrada no inversora del amplificador operacional A1 y la entrada inversora del amplificador operacional A2 están unidas y se utilizan para detectar las variaciones en la señal de entrada de los detectores de luz.

Las dos resistencias dependientes de la luz, LDR1 y LDR2, que actúan como dispositivos sensibles a la luz, se colocan como detectores de luz, de modo que reciben la luz reflejada de la línea blanca uniformemente sobre ellos.

Siempre que la luz en los LDR sea suficientemente alta y uniforme, el pin3 de A1 permanece más alto que su pin2, ya que LDR1 está unido con la línea positiva. Esto hace que su salida sea alta.

Del mismo modo, el pin 6 de A2 se mantiene más bajo que su pin 5 debido a la conexión LDR2 con la línea de tierra, y esto permite que la salida de A2 se mantenga alta.

En otras palabras, cuando los LDR están encendidos uniformemente, las entradas no inversoras (+) de ambos amplificadores operacionales se mantienen más altas que sus entradas inversoras (-) haciendo que sus salidas sean altas.

Con ambas salidas altas, los transistores mantienen los respectivos motores funcionando uniformemente, lo que permite que el vehículo funcione sin problemas en línea recta.

Cómo sigue la línea el vehículo

Cuando se encuentra una línea blanca curva, uno de los LDR se desvía de la línea provocando una diferencia de luz en el punto A del circuito. Esto posteriormente hace que la salida del amplificador operacional relevante baje y una parada momentánea del motor relevante.

En esta situación, el motor del otro lado que todavía está operativo obliga al vehículo a girar hacia el ángulo de flexión de la línea, lo que devuelve el LDR sombreado a la región iluminada de la línea blanca. Cuando esto sucede, ambos motores vuelven a estar operativos, lo que permite que el vehículo funcione normalmente.

El encendido / apagado automático anterior en los motores izquierdo / derecho en respuesta a las variaciones de luz de las líneas blancas dobladas obliga al vehículo a seguir ajustándose y maniobrando de acuerdo con la línea blanca.

Cómo construir el vehículo

En una de mis publicaciones anteriores aprendimos cómo vehículo simple teledirigido podría construirse usando solo un par de motores conectados al borde trasero de una tabla rectangular y un par de ruedas falsas en el borde delantero de la tabla.

También para el circuito del vehículo seguidor de línea propuesto, empleamos una construcción similar para el vehículo, como se muestra en la figura anterior.

La disposición parece bastante simple, las ruedas traseras están unidas con motores que son controlados por los transistores a través de las salidas del amplificador operacional.

Cuando el vehículo se desvía de la línea, la diferencia en el nivel de luz en los LDR apaga uno de los amplificadores operacionales, deteniendo el motor correspondiente.

Esto obliga al motor del lado opuesto que está operativo a girar hacia el lado del motor detenido, lo que significa que si el motor del lado izquierdo está frenado, el vehículo se verá obligado a girar hacia la izquierda, ajustándose a la línea de flexión, en la misma dirección.

Esto también sugiere que la integración del motor izquierdo / derecho con las salidas del amplificador operacional debe realizarse de manera apropiada de manera que la dirección de flexión de la línea y el motor que se está deteniendo estén en el mismo lado del vehículo.

Cómo colocar los LDR

Dado que se supone que los dos LDR (LDR1 y LDR2) detectan la luz reflejada de la línea blanca de manera uniforme, su orientación debe ser perpendicular a la longitud de la línea, como se muestra a continuación.

Aquí, hemos asumido que el vehículo circula de derecha a izquierda, siguiendo una línea trazada en el mismo camino.

El ancho total del LDR debe estar dentro del ancho de la línea.

Los LDR y el LED deben instalarse en la superficie inferior del vehículo, y preferiblemente en la parte trasera, justo debajo del juego de ruedas traseras.

El LED indicado es un LED blanco con una resistencia en serie de 1K. Debe colocarse cerca de los LDR y en el centro, asegurándose de que la luz del LDR no llegue directamente a los LDR, sino que la luz debería llegar a los LDR mediante el reflejo de la línea blanca debajo de ellos.

Especificaciones del motor

Los motores pueden ser de cualquier tipo con escobillas de imán permanente, pero deben estar equipados con una caja de cambios para garantizar que el movimiento del vehículo sea lo suficientemente lento y constante.

La potencia nominal del motor debe coincidir con la carga que se supone que debe transportar el vehículo. Esto puede comprobarse mediante experimentación práctica.

Como instalar

Para configurar este circuito de vehículos seguidores de línea, tendrá que colocar una pequeña franja de línea blanca pintada sobre una superficie plana, o una cinta blanca pegada en la superficie plana.

Coloque el sistema (sin ruedas) sobre la línea, como se indica en el diagrama anterior, de manera que LDR y el LED están correctamente ajustados dentro del ancho de la línea.

Encienda la energía, el LED blanco debe iluminar el área debajo de él brillantemente. Ajuste los dos preajustes hasta que ambos motores se enciendan simultáneamente.

Ahora mueva la unidad ligeramente hacia la derecha para que el LDR1 salga de la línea blanca.

El motor izquierdo debe detenerse. Si no es así, ajuste el P1 hasta que el motor izquierdo se detenga.

A continuación, mueva la unidad ligeramente hacia la izquierda para que el LDR2 salga de la línea blanca. Esto debería detener el motor del lado derecho. Si no es así, ajuste el valor predeterminado de 10k hasta que el motor del lado derecho se detenga.

Esto completará los procedimientos de configuración y ahora puede instalar las ruedas en los motores y usar este vehículo guiado para seguir automáticamente una pista establecida en el suelo.

Línea blanca vs línea negra

El sistema de vehículo seguidor de línea propuesto se basa en una línea blanca incrustada en el suelo, en lugar de una línea negra. Las ventajas de utilizar una línea blanca en lugar de una línea negra son las siguientes:

La línea blanca se ve más elegante y decente en comparación con la línea negra.

El seguidor de línea basado en línea blanca puede funcionar incluso en la oscuridad total o las luces ambientales tenues. Los diseños basados ​​en luz negra normalmente requieren una iluminación externa para mantener el vehículo operativo.

Un AGV basado en líneas blancas funciona con mayor precisión independientemente del color del mosaico, a excepción de los mosaicos que son extremadamente blancos o equivalentes al color de la línea blanca.

Convertir el vehículo en un seguidor de línea negra

A pesar de las ventajas anteriores, si el usuario prefiere que el vehículo siga una línea negra, entonces el sistema podría transformarse fácilmente para hacerlo mediante unas pocas modificaciones rápidas en el diseño propuesto.

El usuario solo debe intercambiar o intercambiar las conexiones de los pines de entrada de los amplificadores operacionales con los preajustes y quitar el LED asociado con los LDR.