Double Line Follower

Introducere

Proiectul consta in 2 roboti line follower. Robotii au acelasi concept, aceleasi componente importante si aceeasi programare, dar fiecare a fost construit de cate un membru al echipei. Robotii folosesc senzori pentru detectia culorii si urmaresc o linie neagra pe fond alb.

Descriere generala

Componentele esentiale ale robotilor sunt cei 2 senzori si cele 2 servomotoare. Comportamentul robotilor este urmatorul:

Daca ambii senzori detecteaza alb, robotul merge inainte (se invart ambele motoare)
Daca unul din senzori detecteaza negru, robotul vireaza in directia senzorului (se invarte doar unul din motoare, cel opus senzorului care a detectat negru)

Diagrama bloc:

Hardware design

Unitati componente:

Placa de baza cu microcontroller ATMega16
Placa de conectare a senzorilor

Piese folosite:

Senzori optici RPR-220
Micro Servomotoare TowerPro 9g
2 rezistente x 10 KOhm
2 rezistente x 470 Ohm
Alimentare:
- 8 baterii AA 1.5V
- 2 socluri pentru 4 baterii fiecare

Senzorii constau intr-o fotodioda si un fototranzistor incapsulati, conectati printr-un circuit precum cel din imagine:

Initial, motoarele erau blocate si axul nu se putea roti mai mult de 180 de grade. Pentru a elibera rotatia axului am efectuat o serie de modificari:

Am taiat o bucata de plastic care bloca una din rotile angrenajului
Am micsorat diametrul axului secundar conectat la potentiometru
Am lipit potentiometrul (cu pistolul de lipit), pentru a-l fixa in punctul de mijloc.

Senzorii sunt conectati la portul A, pinii 7 si 6, iar cele 2 motoare sunt conectate la portul A, pinul 3, respectiv portul B, pinul 7.

Alimentarea se face de la 8 baterii de 1.5V, insumand putin peste 12V, care sunt conectati la sursa de tensiune.

Software design

Codul a fost scris in C si compilat cu avr-gcc.

Input-ul de la senzori (voltaj) este trecut prin ADC si convertit intr-o valoare discreta. Aceasta valoare este comparata cu un prag determinat empiric pentru a afla daca senzorul detecteaza alb sau negru.

Comanda motoarelor se face prin cele 2 canale ale timerului 1, in modul Phase and Frequency Correct PWM. Atunci cand robotul merge inainte, unul din motoare primeste factor de umplere maxim, iar celalalalt primeste factor de umplere minim. Pentru a opri unul din motoare, opresc comanda PWM pe pinul la care este acesta conectat.

Code snippets:

Initializarea ADC:

void ADC_init(void)
{
	
	//referinta AVCC cu condesator extern pe pinul AREF;
	//activez ADC si il pun in modul free running (auto trigger). Prescaler de ceas la maximum. FARA intrerupere la conversie completa.
	ADMUX = (1<<REFS0);
	ADCSRA = (1<<ADEN) | (1<<ADSC) | (1<<ADPS2) | (1<<ADPS1) | (1<<ADPS0) | (1<<ADATE);
}

Primirea unei valori de la ADC:

int ADC_get(uint8_t channel)
{
	//setez canalul de pe care vreti sa faceti citirea
	//fac zero bitii de MUX
	ADMUX &= 0b11100000;
	//setez canalul
	ADMUX |= channel;
	
	
	//astept sa se termine o conversie
	loop_until_bit_is_set(ADCSRA, ADIF);
	
	//returnez rezultatul conversiei
	return ADC;
}

Comanda PWM pe unul din canale:

void PWM_A(uint8_t motor, int val) {
	PORTB = motor;		
	OCR1A = val;			
	_delay_ms(1);		
}

Algoritmul principal de miscare:

while(1) {
		ADCSRA &= 11101111;  //setez ADIF pe 0 
		val1 = ADC_get(channel1); //citim valoarea de la ADC
		
		ADCSRA &= 11101111;  //setez ADIF pe 0 
		val2 = ADC_get(channel2); //citim valoarea de la ADC
		
		if (val1 > 920 && val2 > 920){
			go_forward();
		}
		else if (val1 < 920 && val2 < 920){
			go_forward();
		}
		else if (val1 > 920){	 //senzorul drept
			move_left_motor();
		}
		else if (val2 > 920){	//senzorul stang
			move_right_motor();
		}
	}

Rezultate obtinute

Ambii roboti sunt functionali si reusesc sa urmareasca linia neagra. Deoarece senzorii nu sunt amplasati imediat in fata motoarelor, unele curbe mai stranse ar putea crea probleme. Insa, in majoritatea cazurilor, robotii functioneaza corect.