Multirobot, część bazowa – zasada działania

Do zasilenia części bazowej multi-robota w zupełności wystarczy napięcie 6V. Tak jak do tej pory proponuję zastosować koszyk z czterema bateriami AAA 1,5V.

Kolejną część obwodu stanowi stabilizator w otoczeniu kondensatorów, który zapewni nam stałe napięcie rzędu 5V:

Ryc

Ryc. 1 Fragment obwodu multi-robota ze stabilizatorem (U3) oraz otaczającymi go kondensatorami (C2, C3, C5, C8).

Zasada działania multi-robota jest analogiczna do tej w pierwszym prostym line followerze, który zbudowaliśmy na początku. Oba roboty są wyposażone w reflektory oświetlające tor oraz czujniki reagujące na zmiany natężenia odbitego z tą różnicą, że zamiast oświetlenia widocznego dla ludzkiego oka zastosowano elementy podczerwieni. Ten prosty zabieg spowoduje, że robot będzie mniej wrażliwy na światło dzienne.

Reflektory to 4  diody nadawcze podczerwieni. Każda z nich jest zabezpieczona przed zbyt wysokim prądem odpowiednim rezystorem:

reflektory

Ryc. 2 Fragment obwodu multi-robota z reflektorami (D1, D2) oraz rezystorami (R2, R6).

(Ten fragment układu występuje w 2 powtórzeniach.)

Część obwodu z czujnikami (fototranzystorami podczerwieni) reagującymi na zmiany natężenia oświetlenia wygląda następująco:

Ryc

Ryc. 3 Fragment obwodu multi-robota z fototranzystorami (FT1, FT2), tranzystorem T1, potencjometrem (P1) oraz rezystorami (R1 i R3).

(Ten fragment układu występuje w 4 powtórzeniach.)

Nowym podzespołem o którym nie mówiliśmy w ramach kursu elektroniki dla początkujących jest fototranzystor:

Ryc

Ryc. 4 Schemat fototranzystora.

Ze schematu widzimy, że posiada on standardowo kolektor i emiter… ale co z bazą? W zwykłym tranzystorze prąd dopływający do bazy steruje jego pracą załączając go i wyłączając. Fototranzystor włącza się i wyłącza w zależności od natężenia światła, dlatego też na schemacie baza została zastąpiona strzałkami obrazującymi promienie. Poza tą różnicą fototranzystor zachowuje się jak standardowy tranzystor.

Wróćmy do czujników multi-robota. Każdy czujnik posiada dwa fototranzystory reagujące na zmiany natężenia światła. Gdy jest ono zbyt słabe fototranzystory pozostają wyłączone, a prąd przepływający przez rezystor R1 i potencjometr P1 w całości dopływa do bazy tranzystora T1, a tym samym jest wystarczający do jego włączenia.

Gdy natężenie światła docierającego do fototranzystorów zwiększy się i stanie się wystarczające do ich załączenia przez złącze kolektor – emiter zaczyna płynąć prąd. Przez to prąd dopływający do bazy tranzystora jest zbyt niski i pozostaje on wyłączony.

Jak zapewne się domyślacie informacja z każdego z tych 4 czujników powinna docierać do jakiegoś układu sterującego pracą silnika, ale w rzeczywistości nie dociera! Jak to możliwe? Jak układ sterujący silnikami może nie być w żaden sposób połączony z czujnikami? Skąd ma wiedzieć kiedy ruszyć, a kiedy stanąć?

Multi-robot to robot zaprojektowany z myślą o osobach, które uczą się konstruować roboty, rozbudowywać je i programować. Dlatego informacja z czujników położonych w części bazowej robota dociera do odpowiednich złącz – informacja z fototranzystorów:

  • FT1 i FT2 trafia do złącza FT12;
  • FT3 i FT4 trafia do złącza FT34;
  • FT5 i FT6 trafia do złącza FT56;
  • FT7 i FT8 trafia do złącza FT78.
Ryc

Ryc. 5 Fragment obwodu multi-robota z czujnikami połączonymi do złącz FT12 i FT34.

(Ten fragment układu występuje w 2 powtórzeniach.)

Jeżeli chcemy zakończyć budowę multi-robota na płytce bazowej – odpowiednie złącza do których dociera informacja z fototranzystorów wystarczy połączyć z odpowiednimi złączami przy układach sterujących silnikami. Wystarczą do tego zwykłe zworki.

Jeśli będziecie mieli ochotę na dalszą rozbudowę robota, a tym samym naukę jego programowania czy po protu chcielibyście zbudować robota, którym można by sterować zdalnie – wystarczy zarówno złącza przy czujnikach, jak i te przy układach sterujących silnikami połączyć z mikroprocesorem. (dokładną instrukcję jak to zrobić znajdziecie przy opisie części mikroprocesorowej multi-robota).

Przejdziemy teraz do układów sterujących silnikami.

Każdy z silników połączony jest ze swoim sterownikiem – układem L293D.

Ryc

Ryc. 6 Układ L293D.

Jego notę katalogową znajdziecie na stronie www.celtor.pl. Szczególnie interesuje nas tzw. „block diagram” widoczny na stronie drugiej:

block diagram

Ryc. 7 Schemat funkcji pinów układu L293D.

Te 4 trójkąty wewnątrz układu L293D to 4 wzmacniacze. Każdy z nich możemy połączyć z osobnym silnikiem, który będzie się kręcił w jedną stronę (tak jak to widać po prawej stronie układu). Możemy także 2 wzmacniacze połączyć z jednym silnikiem, który będzie mógł obracać się w obie strony (tak jak to widać po lewej stronie układu).

W multi-robocie wszystkie 4 wzmacniacze układu L293D połączymy z jednym silnikiem. W efekcie uzyskamy większe wzmocnienie i szybszą pracę silnika.

Prześledźmy teraz połączenie wszystkich nóżek układu L293D w multi-robocie na przykładzie układu oznaczonego symbolem U1.

Ryc

Ryc. 8 Fragment obwodu multi-robota: stabilizator napięcia (U3) wraz z otaczającymi go kondensatorami (C2, C3, C5, C8), kondensatorami zapobiegającymi niekontrolowane wzbudzanie układów (C4, C6, C7), sterownikami silników L293D (U1, U2) oraz silnikami (M1, M2).

Nóżki 4 i 5 oraz 12 i 13 są połączone z masą, zgodnie ze schematem z noty katalogowej.

Nóżka 1 i 9 doprowadzają napięcie do wzmacniaczy, zaś nóżka 16 doprowadza napięcie do układu L293D z tego powodu wszystkie te nóżki zostały połączone (aby nie zaciemniać schematu licznymi liniami łączącymi poszczególne nóżki ich połączenia wrysowano w układ L293D, tak jak np. połączenie nóżki 1 i 16).

Nóżka 2 i 15 oraz 7 i 10 doprowadzają sygnał (1 lub 0) do czterech wzmacniaczy:

  • nóżkę 2 i 15 zwarto razem, a następnie ich wyprowadzenie połączono ze złączem IN14L (w przyszłości złącze to będzie zwarte ze złączem FT12 odbierającym sygnał z fototranzystorów 1 i 2);
  • nóżkę 7 i 10 zwarto razem, a następnie ich wyprowadzenie połączono ze złączem IN23L (w przyszłości złącze to będzie zwarte ze złączem FT34 odbierającym sygnał z fototranzystorów 3 i 4).

Co się stanie, jeśli sygnał, czyli logiczna 1, trafi zarówno do nóżek 2 i 15, jak i do nóżek 7 i 10? Na schemacie powyżej widzimy, że ich wyjścia, czyli nóżki 3 i 14 oraz 6 i 11, łączą się z przeciwnymi biegunami silnika M1. W takiej sytuacji silnik pozostanie wyłączony.

Silnik zacznie obracać kołem tylko w sytuacji, gdy do jednej pary nóżek (np. 2 i 15) dotrze sygnał (logiczne 1), a do drugiej (np. 7 i 10) nie (logiczne 0).

No dobrze, więc co trzeba zrobić, żeby robot jechał do przodu. Na której parze nóżek (2 i 15 czy 7 i 10) ma się pojawić logiczne 1? Wszystko zależy od tego jak podłączymy silnik.

Na koniec spójrzcie jeszcze na schemat z ryc. 7, a dokładnie na silnik po lewej stronie układu. Jak już tłumaczyłam przed chwilą, kierunek obrotu silnika zależeć będzie od informacji docierającej do niego ze sterownika – układu L293D. Połączenie linii wokół silnika przypomina trochę literę H, dlatego też układ elektroniczny umożliwiający sterowanie kierunkiem obrotu silnika nazywamy mostkiem H.

 

 

Dodaj komentarz