Vonalkövető robot, avr mikrokontroller atmega16 segítségével

Itt egy újabb projektet építünk az AVR Atmega16 mikrokontrollerrel. Ha még nem ismeri az AVR mikrovezérlőket, akkor tekintse meg a korábbi AVR projekteket és oktatóanyagokat.

A robot építése mindig izgalmat jelent az összes elektronikai hobbista számára. És ez az izgalom maximalizálható, ha a robot automatikusan elvégez néhány dolgot külső utasítások nélkül. Az elektronika kezdők által az egyik leggyakrabban épített robot a Line Follower Robot. Ahogy a neve is sugallja, a robot követni fogja a felszínen húzott vonalat. A vonalnak nem kell egyenesnek lennie. A vonalak bármilyen színűek lehetnek.

Korábban építettünk vonalkövető robotprojekteket különböző vezérlők segítségével:

1. Vonalkövető robot a 8051 mikrokontroller használatával
2. Vonalkövető robot PIC mikrokontroller használatával
3. Vonalkövető robot Arduino használatával
4. Vonalkövető robot a Raspberry Pi használatával
5. Vonalkövető robot az MSP430 Launchpad használatával

Ma az AVR mikrovezérlőt fogjuk használni egy vonalkövető robot felépítéséhez.

Leginkább IR érzékelőket használnak a vonalak érzékelésére. Az IR érzékelők jól érzékelik a fehér vagy fekete felületeket. Bár használhat más kifinomult érzékelőket is, amelyek képesek lesznek minden színt felismerni, és robotot készíthetnek, amely képes követni az összes színvonalat. A robotnak képesnek kell lennie észlelni a vonalat, még akkor is, ha az út megváltozik a szög megváltoztatásával, és folyamatosan követi a vonalat. Emellett meg kell állnia, bárhová kerül a megálló zóna a vonalban.

A vonalkövető robotokat napjainkban széles körben használják a feldolgozóiparban, az orvosi, háztartási alkalmazásokban és az áruraktárakban. A robotok nem korlátozódnak csak ezekre az alkalmazásokra, és sok jövőbeni alkalmazásban kiterjeszthetik alkalmazását.

Vonalkövető robot fogalma

Az IR érzékelők kulcsszerepet játszanak ebben a projektben. Az infravörös érzékelőket a robot elé helyezik, hogy nyomon kövessék a megrajzolt fekete vonalat és a felületet. A robot a vonal közé kerül, és infravörös érzékelők segítségével a robot nyomon követi a vonalat. Az infravörös érzékelők visszajelzik a leolvasást a mikrovezérlőnek, és az infravörös leolvasás segítségével a mikrovezérlő bal vagy jobb oldalon mozgatja a motorokat, és ismét a robotot hozza az útra.

Vonalkövető robot képes IR vonal érzékelésére egy IR érzékelő segítségével. Ez az érzékelő rendelkezik IR adóval és IR vevővel. Az infravörös adó (IR LED) továbbítja a fényt, és a vevő (fotodióda) várja, hogy az átadott fény visszatérjen. Az infravörös fény csak akkor tér vissza, ha egy felület visszatükrözi. Míg minden felület nem tükrözi az infravörös fényt, csak a fehér színű felület képes teljesen visszaverni őket, a fekete színű felület pedig teljesen megfigyelni fogja őket, ahogy az alábbi ábra mutatja. Tudjon meg többet az IR érzékelő modulról itt.

Most két IR szenzort fogunk használni annak ellenőrzésére, hogy a robot nyomban van-e a vonallal, és két motorral korrigáljuk a robotot, ha elmozdul a pályáról. Ezek a motorok nagy áramot igényelnek, és kétirányúaknak kell lenniük; ezért olyan motor meghajtó modult használunk, mint az L293D. Szükségünk lesz egy olyan mikrovezérlőre, mint az ATmega16, hogy az IR szenzor értékei alapján utasítsa a motorokat. Az alábbiakban egy egyszerűsített blokkdiagram látható.

Ez a két IR-érzékelő az egyiket a vonal mindkét oldalán elhelyezi. Ha egyik érzékelő sem érzékel fekete vonalat, akkor az AVR mikrokontroller utasítja a motorokat, hogy haladjanak előre, az alábbiak szerint

Ha a bal oldali érzékelő fekete vonalon jelenik meg, akkor a mikrovezérlő arra utasítja a robotot, hogy a jobb oldali kerék egyedül forgatásával forduljon balra.

Ha a jobb oldali érzékelő fekete vonalra kerül, akkor a mikrovezérlő a bal kerék egyedüli elforgatásával utasítja a robotot jobbra fordulásra.

Ha mindkét érzékelő fekete vonalon áll, a robot leáll.

Így a robot képes lesz követni a vonalat anélkül, hogy kijutna a pályáról. Most nézzük meg, hogyan néz ki az áramkör és a kód.

Szükséges alkatrészek

1. DC hajtóműves motorok (2 egység)
2. IR érzékelő modul (2 egység)
3. L293D modul
4. Vezeték nélküli áramforrás (pl. Akkumulátor, Power bank)
5. Robotszék
6. Atmega16 mikrokontroller IC
7. 16Mhz kristályoszcillátor
8. Két 100nF kondenzátor
9. Két 22pF kondenzátor
10. Nyomógomb
11. Jumper huzalok
12. Kenyérlemez
13. USBASP v2.0 (az Atmega16 programozásához)

Kördiagramm

Csatlakoztassa az összes alkatrészt az áramköri ábra alább látható módon

Az Atmega16 programozása a vonalkövető robothoz

Itt az Atmega16 programozható az USBASP és az Atmel Studio7.0 használatával. Ha nem tudja, hogyan programozható az Atmega16 az USBASP segítségével, akkor látogasson el a linkre. A teljes program a projekt végén van megadva, csak töltse fel a programot az Atmega16-ba a JTAG programozó és az Atmel Studio 7.0 segítségével, az előző oktatóanyagnak megfelelően.

Igyekeztünk a lehető legrövidebb és egyszerűbb kódot tartani. Tehát ebben a kódban makrókat és speciális funkció regisztereket használunk.

ha (bit_is_clear (PINA , leftSen)) { // ellenőrzés, ha bal érzékelő KI

Ez az utasítás azt ellenőrzi, hogy a PA0, ahol a bal érzékelő van csatlakoztatva, LOW vagy HIGH.

Ha többet szeretne megtudni erről az állításról és más makrókról, akkor kattintson erre a linkre

Az infravörös érzékelők átolvasása során négy feltételt követünk. Az infravörös érzékelőket a robot elülső oldalán elhelyezkedésük szerint nevezik meg. A bal IR a bal és a jobb IR a jobb érzékelő. Az alábbi feltételek döntik el a robot mozgását.

A kódot a fenti feltételek szerint írtuk. Csak az a változás, hogy mindkét motor meghajtásához csak az L293D két bemeneti tüskéjét használjuk.

Az alábbiakban bemutatjuk a teljes kódot egy bemutató videóval.