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模擬電路控制的循線機器人制作教程(二)

模擬電路控制的循線機器人制作教程(二)

2013/11/28 10:54:59

  用兩根曲別針彎一對L型的支架,把傳感器板固定在小車前部。鐵質曲別針很好定型,使得微調光電開關與路面間距變得很簡單。線路圖里面的電阻數值是配合ITR20001-T型紅外線光電開關,經過實際試驗決定的。當傳感器距離路面5MM的情況下,可以準確動作。如果愛好者使用其他型號的光電開關,電阻數值需要做適當調整。  

  下圖所示為避障開關的做法。簡單到只需要一根電阻腿,一段網線。

  用電阻腿彎一個圓圈焊在洞洞板上,做為開關的定片;網線剝皮穿過圓圈焊在洞洞板上,與圓圈保持微小的間距,做為開關的動片。在網線碰到物體的時候,定片和動片接觸,觸發電路動作。

  因為74HC系列的芯片為CMOS器件,輸入阻抗很高,這里可以忽略開關的接觸電阻,即使有幾百歐姆的接觸電阻也不會影響電路的正常動作,實際上這個簡陋的土制開關動作非常靈敏。  

  因為電路比較簡單,控制板的焊接過程不再做過多說明。5X7厘米的洞洞板空間很大,我把光電開關的電阻用串并聯的方式焊在的電路板上,這樣有兩個好處:一是可以很方便的通過短路個別電阻來調整傳感器靈敏度,二是分散的電阻布局使得線路板看上去不會顯得太空,外觀上比較美觀。
下面幾張圖是制成的小車。  

  

  

  后話:

  從自動控制系統的角度來分析,本文所制作的循線小車(包括其他文章介紹的單片機循線小車)是一個隨動系統,隨動系統的輸入信號是一個隨時間變化的函數,系統的任務是在存在擾動的情況下,保證輸出量以一定的精度跟隨輸入信號的變化。

  隨動系統在工業、交通和國防等部門都有著廣泛的應用,比如機床的自動控制,車輛的智能轉向,火炮的控制和衛星導航等。機器人愛好者制作的循線小車可以說是一臺小中見大的模型,分析和改善它的不足,對深入了解大型的系統亦會有很大幫助。

  比如,這臺循線小車使用繼電器來控制電機轉動,電磁式繼電器具有吸合電壓高于釋放電壓的特性,相當于在控制系統中加入了積分環節。微型電機的減速箱,存在齒輪傳動間隙。這些因素都會增大系統的穩態誤差,直觀的結果是小車遇到弧度比較小的黑線軌道時轉彎效果不好,會出現車體來不及響應運算指令,傳感器同時脫離黑線的情況。而在從弧線進入直線的時候,因為齒輪間隙造成光電開關的位移誤差,使左右兩邊的繼電器頻繁動作。

  以下有幾個改進的辦法供大家探討:

  1,使用快速響應的電機驅動電路,比如在單片機小車里面經常采用的L293D,L298N等電機驅動芯片。

  2,增加光電開關的數量,這個方法在單片機循線小車里也廣泛采用,原理是相通的。

  3,在光電開關與比例器之間加入由阻容器件構成的串聯超前校正網絡和相應的補償放大器。比例加微分控制(PD)就是一種超前校正,可以提高小車運行的穩定性和快速性。

  還可以對光電開關和避障開關進行改進。如使用經過調制的信號來驅動光電開關的紅外線發射管,接收管輸出信號經過濾波器再進入模擬計算機,以避免外界雜散光線的干擾。避障開關也可以使用紅外線或者超聲波模塊改成非接觸式的。

  下圖是改進版的線路圖,擴展了光電模塊,使用了L293D驅動芯片。注意這個線路還沒有經過測試,僅供參考。  

  隨著科技的發展,數字計算機在各個行業被大量應用;相比之下,與模擬計算機有關的應用資料變得越來越少。本文把這種“古董”的技術發掘出來,加以實際應用,意在拋磚引玉,給大家擴展一下思路,從多個角度去思考問題。
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