Circuito de carro que segue linha e desvia de obstáculo

Toni Rodrigues

Circuito de carro que segue linha e desvia de obstáculo

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Circuito de carro que segue linha e desvia de obstáculo, Você está interessado em projetar um circuito de carro de rastreamento de linha e desvio de obstáculos? Junte-se ao nosso workshop para aprender sobre os requisitos de design, programa geral, composição do circuito, design de PCB e notas de depuração. Não perca esta oportunidade de aprimorar suas habilidades em circuitos digitais e analógicos.

O design requer o uso de circuitos digitais para rastreamento e circuitos analógicos para evitar obstáculos. O programa de design geral envolve o uso de uma porta NAND e um transistor infravermelho para determinar se dirigir ou não com base na detecção de luz infravermelha. Dois conjuntos de sinais de entrada são usados em um comparador para alcançar a função de evitar obstáculos. O circuito inclui um circuito de alimentação, circuito de acionamento do motor, circuito de sinal de rastreamento digital e circuito de sinal de evasão de obstáculos analógicos. Após concluir o design esquemático, o design do PCB envolve a definição da forma do PCB e a disposição dos componentes. A fiação do PCB é dividida em alinhamento da camada superior e inferior. Por fim, existem notas sobre a depuração do circuito após a soldagem e uma lista de materiais necessários para o circuito.

Esquema carro que segue linha e desvia de obstáculo

Esquema Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstaculo
Esquema Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstaculo

1 Requisitos de design

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Projetar um carro de rastreamento de linha simples com desvio de obstáculos, requer o uso de circuitos digitais para alcançar a função de rastreamento e circuitos analógicos para alcançar a função de desvio de obstáculos.

2 Programa de design geral

De acordo com os requisitos de design, o uso da porta NAND 74HC00N com transistor infravermelho determina a condução ou não com base na detecção ou não de luz infravermelha pelo transistor receptor. O sinal de entrada da porta NAND alcança o rastreamento do circuito digital. Usando o comparador LM393 com diodo infravermelho, também visa determinar a condução ou não com base na detecção ou não de luz infravermelha pelo transistor receptor. Dois conjuntos de sinais de entrada são inseridos no comparador para alcançar a função de desvio de obstáculos do circuito analógico.

3 Composição do circuito

3.1 Circuito de alimentação

O uso de duas baterias secas de 1,55 volts para alimentação, cada bateria seca tem 1,5 volts, duas em série resultam em 3 volts, para atender às necessidades mínimas de alimentação do chip. Através do interruptor deslizante de três posições, é possível alternar entre as funções de trajetória e desvio de obstáculos. Os capacitores C1 e C3 são capacitores de armazenamento de filtro, quando o motor começa a funcionar, as correntes transitórias são grandes e o capacitor de 100uF pode ajudar a descarregar a bateria.

Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Alimentação
Alimentação

3.2 Circuito de Acionamento do Motor

O polo positivo da bateria é conectado ao polo positivo do motor, e o polo negativo é controlado para conduzir através do transistor, de modo que quando o sinal de rastreamento digital ou de evasão de obstáculos analógicos é gerado, o polo base do transistor é controlado para realizar o controle dos pneus esquerdo e direito, e realizar as funções de rastreamento e evasão de obstáculos.

Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Driver Motor
Driver De Motor

3.3 Sinal Digital de rastreamento

U2 e U3 são LEDs transmissores infravermelhos, e LED3 e LED4 são diodos receptores infravermelhos correspondentes aos bits, que são instalados em ambos os lados das rodas dianteiras do carro. O princípio é analisado da seguinte forma:

  1. Quando o carro começa a se mover e toca o papel branco, ocorre reflexão de luz infravermelha, que é recebida pelo tubo receptor, fazendo com que ele conduza; ao tocar a linha preta, a luz infravermelha é absorvida e o tubo receptor é desligado.
  2. O 74HC00N é uma porta nand, que quando tocado pela linha preta, desliga o diodo receptor. O OUT1 produz um nível alto de saída, correspondendo a uma saída baixa em OUT1 e uma saída alta em OUT3.
  3. Neste momento, a saída alta de OUT3 flui através do transistor do motor, controlando a condução em três estágios e girando o motor. Os veículos na rota do mapa constantemente tocam a linha preta e a linha branca, assim ligando e desligando constantemente o transistor, para realizar a função de patrulha em torno da linha preta no trajeto.
Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Sinal Digital
Sinal Digital

3.4 Sinal Analógico para evitar obstáculos

IR1 e IR2 são diodos transmissores infravermelhos e CGQ1 e CGQ2 são os respectivos transistores receptores infravermelhos (fototransistor), instalados em ambos os lados da frente do veículo. O diagrama esquemático é analisado da seguinte forma:

  1. Quando o carro está em movimento e não há obstáculos à frente do carro, o sinal do transmissor infravermelho não será recebido, o transistor receptor é desligado, a entrada isotrópica do comparador 393 é a tensão da bateria, a tensão é maior que a entrada invertida, neste momento, o comparador 393 emite um nível alto, controlando o veículo para andar para frente.
  2. Quando há um obstáculo à frente do veículo, o sinal de emissão infravermelho é recebido pelo transistor receptor, o transistor receptor conduz, o comparador 393 está baixo na mesma entrada, a tensão é menor que a entrada invertida, neste momento, o comparador 393 emite um nível baixo, e a roda correspondente para de girar, permitindo assim a realização da direção. O projeto do carro de rastreamento digital-analógico e de evitação de obstáculos envolve o uso de circuitos digitais e analógicos para alcançar suas funções.
  3. O programa de design geral inclui a utilização de uma porta NAND 74HC00N com um diodo infravermelho para determinar a condução com base na detecção da luz infravermelha pelo transsistor receptor. Isso permite a função de rastreamento do circuito digital. Além disso, um comparador LM393 com um led infravermelho é usado para inserir dois conjuntos de sinais no comparador, alcançando a função de evitação de obstáculos do circuito analógico. A composição do circuito do carro inclui um circuito de alimentação que utiliza duas baterias secas de 1,5V, um circuito de acionamento do motor que controla os pneus esquerdo e direito, e um circuito de rastreamento de sinal digital que utiliza tubos transmissores e receptores infravermelhos para detectar linhas pretas em um fundo branco. Além disso, um circuito de evitação de obstáculos de sinal analógico é usado, utilizando diodos transmissores e receptores infravermelhos para detectar obstáculos à frente do carro, permitindo a direção quando necessário. No geral, esse design permite que o carro rastreie linhas e evite obstáculos de forma eficaz.
Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo
Sinal Analógico, Desvio De Objetos

4 Projeto de PCB

Após concluir o projeto esquemático, preste atenção em verificar se o circuito está conectado corretamente, se há alguma rede faltando ou desconectada. Após todas as verificações estarem corretas, clique em Design: Esquemático para PCB no menu superior do esquemático para iniciar o projeto de PCB.

Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Pcb
Pcb

4.1 Design de Contorno

Após gerar o PCB, você precisa definir uma forma para o PCB, o tamanho da forma precisa ser baseado no número de componentes e no tamanho do design da carcaça, seguindo o princípio de tamanho correto e bonito. No projeto da forma, é necessário levar em consideração a posição do motor e dos pneus, para garantir que os pneus e a placa de PCB não interfiram um no outro.

4.2 Layout dos Componentes

Os dispositivos esquemáticos transferidos para o PCB após o layout dos componentes são relativamente caóticos, a segunda etapa no design de componentes de PCB precisa ser categorizada e layout, a classificação é baseada na colocação dos dispositivos de cada circuito, usando a função de transferência de layout fornecida pelo Jialitron EDA, é possível fazer o layout de cada módulo de circuito rapidamente, preste atenção em posicionar o tubo de alinhamento infravermelho na borda da placa, para reduzir interferências desnecessárias.

4.3 Fiação PCB

O alinhamento da PCB é dividido em alinhamento da camada superior e alinhamento da camada inferior ao projetar uma placa de circuito de dupla camada, em que o alinhamento da camada inferior é vermelho por padrão e a camada inferior é azul, e o alinhamento também está conectando fios de cobre na placa de circuito. Basta selecionar a camada em Camada e Elemento e, em seguida, conectar os pads de duas redes idênticas. A conexão aparentemente simples, mas também precisa ser ajustada e otimizada constantemente, a disposição dos componentes também afetará a dificuldade do alinhamento, na disposição de um pouco mais de consideração para o alinhamento será muito mais simples, no alinhamento para fornecer os seguintes pontos de referência recomendações:

  1. A linha de energia é definida como 40mil, a linha de sinal é definida como 10mil;
  2. a prioridade de alinhamento é considerar o alinhamento da camada superior, se a camada superior não puder ser conectada suavemente, considere o alinhamento da camada inferior;
  3. GND não precisa ser roteado diretamente para a camada inferior de cobre, pode ser;
  4. O processo de alinhamento dá prioridade a linhas retas, os lugares que precisam ser dobrados devem ter cantos embotados ou curvas em arco;
  5. Após a conclusão do alinhamento, adicione a marcação adequada em serigrafia para explicar o propósito da placa de PCB e as funções da interface.
Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Pcb 1
Pcb
Circuito De Carro Que Segue Linha E Desvia De Obstáculo Pcb 2
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5 Notas de Depuração

  1. Depois de concluída a soldagem, não insira a bateria primeiro, primeiro use o multímetro para testar se há curto-circuito usando a engrenagem liga-desliga;
  2. Quando for constatado que a operação do veículo não pode realizar o propósito, ajuste o valor do resistor ajustável para mudar a sensibilidade;
  3. Você pode testar cada valor de tensão de entrada com um multímetro, para conhecer mais claramente a mudança de tensão correspondente;
  4. Na compra do chip, é preciso prestar atenção à bateria de 3V para atender à tensão mínima de operação do chip, caso contrário, pode-se tentar usar três baterias em série.

Lista de material Circuito de carro que segue linha e desvia de obstáculo

NomeValorDescriçãoQuantidade
Capacitores
C1100uFCapacitor eletrolítico1
C3100nFCapacitor cerâmico1
Semicondutoress
IR1,IR2IR333C-ALed infravermelho (IR) 5mm2
LED3,LED4PD204-6B/L33mm fotodiodo PIN de silício2
LED5,LED6LED vermelhoLED 3mm2
U2,U3IR204C-A-LLed infravermelho (IR) 3mm2
U474HC00N4 portas NAND independentes de 2 entradas1
U5,U6S8050transistor NPN2
U7LM393Comparador de tensão1
CGQ1,CGQ2PT333-3BFototransistor NPN2
Resistores
R9,R12,R19,R23100ΩMarrom, preto, marrom, dourado4
R11,R13,R14,R16,R17,R18,R26,R271kΩMarrom, preto, vermelho, dourado8
R20,R2410kΩMarrom, preto, laranja, dourado2
VR1,VR2500kΩ (504)Trimpot RM0652
R21,R2510kΩ (103)Trimpot 3296W2
Diversos
U8TT motorMotor direito TT1
U9TT motorMotor esquerdo TT1
U10parafusoparafuso M51
H1,H2,H3Conector headerConector header de 2,54 mm3
SW6SK13D07VG5Interruptor deslizante triplo movimento único inserção lateral1

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Fonte: https://oshwlab.com/oshwlab/tracking-and-obstacle-avoidance-car-combining-digital-and-analog-modeling

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Sobre o Autor
Autor do blog Te1.com.br. Técnico em Eletrônica Industrial pela Escola Técnica de Brasília, Tecnólogo em Sistemas para Internet pela Unianhanguera. Interessado em eletrônica, montagens, pesquisas, informática e tecnologia em geral.
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