Hướng dẫn tự làm robot dò đường đơn giản sử dụng Opamp

      Bài viết này chế tạo robot sẽ hướng dẫn các bạn cách tự một robot dò đường đơn giản chỉ sử dụng linh kiện điện tử thông thường: LM324, điện trở, transistor , chưa dùng đến vi điều khiển hay các linh kiện cao cấp hơn. Robot dò đường sử dụng opamp là loại robot có thể đi theo 1 đường vẽ hay có thể là băng dính đen. Về bản chất robot dò đường là 1 biến thể đặc biệt của robot hướng sáng.
      Robot dò đường có nguyên tắc hoạt động là sử dụng cảm biến quang điện (quang trở hoặc diode hồng ngoại) để so sánh cường độ sáng từ đó điều chỉnh hướng đi thích hợp.
Tuy nhiên, ở robot dò đường, cảm biến được bố trí gần mặt đường và nguồn sáng để so sánh lúc này do chính robot tạo ra. Nhưng do đâu lại có sự sai lệch về cường độ sáng. Câu trả lời nằm ở đường vẽ, đường vẽ này có tính chất khác với xung quanh, thường thì nó có màu đen để hấp thụ ánh sáng. Khi robot đi lệch vào vùng có vạch vẽ, ánh sáng phát ra từ robot không phản xạ lại như bình thường mà bị đường kẻ hấp thụ 1 phần làm sai lệch độ sáng giữa 2 cảm biến. Việc còn lại là thiết kế robot  sao cho có hành vi khắc phục sự sai lệch đó và ta có được loại robot đi theo đường vẽ.
* Chuẩn bị:
– Linh kiện:
– 1 con Opamp loại 8 chân LM393 (2 kênh) hoặc loại 14 chân (4 kênh) LM324.
– 2 con transistor loại NPN C1815 (hoặc loại khác cũng được).
– 2 quang trở.
– 2 led sáng (trắng).
– 6 điện trở 10k.
– 2 Mô tơ 5V.
– Nguồn sử dụng 9V hoặc 4.5V
– 2 điện trở hạn dòng cho led phát 1k (nếu dùng nguồn 9V) và khoảng 220 ôm nếu dùng nguồn 4.5V).

– Và các đồ phụ gia tráng trí khác, chủ yếu là led gắn vào cho đẹp, một vài cái dắt cắm, công tắc
– Đồ dùng khác: mỏ hàn, chì hàn, kéo, băng keo đen (làm vạch)…

Bây giờ, chế tạo robot sẽ hướng dẫn các bạn làm từng bước cụ thể nha. Để dễ dàng thực hiện ta chia mạch thành 2 phần: Phần mạch cảm biến và phần mạch chính.

       Trước tiên, chế tạo robot sẽ hướng dẫn lắp bộ phận “cảm biến”

-Cách làm:
Sử dụng 2 quang trở, 2 led phát, 2 trở hạn dòng cho led phát. Mắc theo sơ đồ sau:

do-duonh

Sơ đồ mạch cảm biến

      Chú ý: để có được cảm biến tốt nhất bạn nên đặt 2 quang trở cách nhau khoảng 3.5cm-4cm, dùng băng keo đen quấn quanh quang trở để chống nhiễu. Ở đây mình sử dụng thêm 2 công tắc cho led phát để tắc ”khi cần thiết”.

-Nguyên lý hoạt động:
Khi có ánh sáng thì điện trở của quang trở sẽ giảm và ngược lại, điện trở của nó thay đổi cỡ từ 5k (khi có ánh sáng) đến 100k (không có ánh sáng), ta sử dụng 2 led phát làm nguồn sáng cho nó.
=> khi gặp nền trắng, ánh sáng sẽ phản xạ lên quang trở làm điện trở nó giảm xuống và khi gặp vạch đen (băng keo đen) thì ánh sáng sẽ khó phản xạ nên quang trở nhận ít ánh sáng => trở nó tăng. Từ đó dựa vào 2 quang trở, robot có thể phân biệt được vạch đen trên nền trắng (dưới sự hỗ trợ của opamp so sánh).

Đã xong phần cảm biến, giờ chúng ta sẽ tiếp tục làm phần mạch chính.

Opamp LM 324: đây chính là trái tim của mạch

do-duong3

Sơ đồ chân IC LM324

Nguyên lý so sánh đơn giản của opamp thế này:
Nếu cho vào cổng (+) (cổng 3, 5, 10, 12) một điện áp lớn hơn điện áp cổng (-) (cổng 2, 6, 9, 13) thì ở cổng ra (cổng 1, 7, 8, 14) sẽ là mức dương, ngược lại là mức 0. Nhớ cấp nguồn cho Opamp ở 2 cổng 4 và 11.

Ở đây mình chỉ sử dụng 2 kênh là (1,2,3) và (5,6,7).

do-duong-4

Sơ đồ kết nối phần mạch chính

Chúng ta cần ghép 2 phần mạch lại với nhau theo sơ đồ

do-duong-5

+ Phần cơ (phần này hơi khổ).
Chuẩn bị 2 moto và thêm 2 bộ phận giảm tốc, bộ phận này giúp robot dễ ”cày” hơn nhưng chạy chậm hơn. Chạy chậm giúp robot dễ nhận vạch hơn vì mấy cảm biến này thay đổi hơi chậm
2 moto ta sẽ gắn với 2 bánh sau, phía trước gắn 1 bánh xe có thể đổi hướng (giống bánh xe ở cái ghế của mấy cha giám đốc á, tất nhiên là xài loại nhỏ thôi). Nếu ko tìm ra loại bánh xe đó thì… đành phải tự chế thôi.

* Nguyên lý hoạt động của toàn mạch:

– Khi 2 cảm biến đều nhận nền trắng:
Điện trở của 2 quang trở đều giảm xuống chừng 5k => cổng 3 và 5 của Opamp sẽ có áp cao hơn cổng 2 và 6 (cổng 2 và 6 ta phân áp cố định cho nó là 9/2=4.5V).
=> Cổng ra 1 và 7 của 2 kênh sẽ ở mức dương => kích 2 BJT dẫn
=> cả 2 moto đều quay
>Cả 2 moto đều quay, robot chạy thẳng.
– Khi cảm biến bên trái nhận vạch đen (robot đang lệch phải).
Điện trở của quang trở 1 sẽ tăng lên cỡ 50-80k => áp trên cổng 3 sẽ bé hơn 4.5V (áp trên cổng 2) => cổng ra 1 sẽ là 0V => BJT 1 sẽ ngưng dẫn => mô tơ 1 (bên trái) ngừng quay. Trong khi đó moto bên phải vẫn quay vì cảm biến phải nhận nền trắng.
>Moto trái ngừng, moto phải vẫn quay => robot sẽ rẽ sang trái.
– Tương tự khi cảm biến phải nhận vạch đen (robot đang lệnh trái).
>Moto phải ngừng, moto trái vẫn quay => robot sẽ rẽ phải.

Như vậy, robot của chúng ta sẽ bám (lần, mò…) được vạch đen trên nền trắng.

Một và lưu ý:
– Vì dòng ra của BJT ko lớn lắm nên dùng moto từ xe đồ chơi con nít đôi khi ko chạy nổi.
– Phần sân làm thì nên có những khúc qua vừa phải, đừng cong quá mà cả 2 cảm biến đều nằm trên vạch đen thì robot sẽ ko nhúc nhích nữa.
– Có thể thay thế mấy con 10k trong mạch bằng biến trở 20k

– Có thể mắc thêm Diode bán dẫn vào mỗi moto để tránh dòng điện sinh ra từ moto có thể ảnh hưởng đến mạch

Bình Luận

Thư điện tử của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *