Автор - DigitalПРОСТОЙ РОБОТ С ЛОГИЧЕСКОЙ МИКРОСХЕМОЙ.
Продолжая разговор о простых роботах, рассмотрим применение логических элементов в их электронных схемах. Использование логических микросхем позволяет сделать поведение роботов более интересным и реализовать более сложные алгоритмы.
В предыдущей теме "ПРОСТЕЙШИЙ РОБОТ НА ОДНОЙ МИКРОСХЕМЕ (http://forum2.d-lan.dp.ua/index.php?topic=214.0)" рассматривался робот, следующий по линии. В схеме этого робота использовались два датчика, реализованные на фототранзисторах, которые подключались напрямую к входам драйвера двигателей L293D. Алгоритм движения такого робота был очень простым: когда под левым и правым датчиком находилось белое поле, то включались оба мотора и робот двигался вперед. Если один из датчиков попадал на черную линию, проходящую между ними, то соответствующий мотор останавливался и робот поворачивался, выравнивая свое положение над линией и так далее.
Такой робот может очень уверенно следовать по линии, если она не имеет крутых поворотов. Если же скорость робота будет высокой, а поворот резким, то вероятность схода с линии у такого робота становится достаточно большой.
Для того чтобы сделать робота, не "боящегося" резких поворотов, достаточно добавить в его схему логический элемент, при этом оставив всего один датчик.
Алгоритм движения нашего нового робота будет следующим: когда датчик будет находиться над черным полем, то один из моторов будет включен, а другой выключен. Таким образом, робот будет поворачиваться до тех пор, пока датчик не перейдет на белое поле. Тогда работающий мотор выключится, а выключенный - включится. Робот начнет поворачиваться в другую сторону, пока датчик снова не окажется над черной линией. Алгоритм повторится снова, и робот, слегка виляя из стороны в сторону, начнет двигаться вдоль границы белого и черного.
Логический элемент, который мы добавим в схему робота, называется элемент "НЕ", или "инвертор". Инвертор имеет один вход и один выход. Когда на вход инвертора подается логическая "1" (логическая единица - сигнал высокого уровня), то на выходе мы будем иметь логический "0" (логический ноль - низкий уровень сигнала), а когда на вход будет подан логический "0", то на выходе будет присутствовать логическая "1".
(http://i.piccy.info/i5/38/85/1588538/inout.jpg)
Обозначение элемента "НЕ" в американском стандарте ANSI, Обозначение элемента "НЕ" на схемах по российскому ГОСТу и
европейскому стандарту DIN, Иногда цифру "1" внутри элемента не ставят для простоты и Таблица истинности для логического элемента "НЕ".
Помимо логического элемента НЕ, существуют также элементы ИЛИ и И, обеспечивающие логическое сложение и логическое умножение соответственно. Кроме того, часто используются комбинированные элементы И-НЕ и ИЛИ-НЕ. Подробнее о логических элементах можно прочитать здесь (http://dssp.karelia.ru/~ivash/ims/t7/TEMA3.HTM).
Схема робота будет выглядеть следующим образом:
(http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/scheme.gif) (http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/line_algoritm.gif)
Номинал резистора R2 подбирается таким образом, чтобы обеспечить наилучшую чувствительность датчика.
При подключении фототранзистора использован подтягивающий резистор R2, так как у Транзисторно-Транзисторных Логических (ТТЛ) микросхем на входе при отсутствии сигнала присутствует высокий логический уровень (логическая "1"). Резистор, подтягивающий вход к "земле", обеспечит низкий уровень (логический "0") при отсутствии сигнала от фототранзистора.
Принцип работы схемы построен на инвертировании сигнала, поступающего от фототранзистора. Когда датчик будет освещен (находится над белым полем), фототранзистор откроется и на входе INPUT1 драйвера моторов L293D появится сигнал высокого уровня (логическая "1"). Мотор М1 будет вращаться. Кроме того, сигнал от фототранзистора будет подан на вход элемента "НЕ", который превратит логическую "1" в логический "0" и подаст его на вход INPUT4. Мотор М2 будет стоять.
(http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/scheme2.gif)
Схема робота. Состояние 1 (фототранзистор освещен).
Когда робот повернется и датчик окажется над белым полем, фототранзистор закроется и на входе INPUT1 окажется сигнал низкого уровня (логический "0"). Мотор М1 остановится. Логический "0" инвертируется элементом "НЕ", и на входе INPUT4 появится логическая "1". Мотор М2 начнет вращаться.
(http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/scheme3.gif)
Схема робота. Состояние 2 (фототранзистор не освещен).
Чередование состояния 1 и состояния 2 обеспечит роботу следование по границе белого и черного.
В данной схеме может быть применена логическая микросхема К155ЛН1, содержащая 6 инверторов, или ее аналог SN7404N.
(http://i.piccy.info/i5/97/84/1588497/logic.jpg)
Расположение логических элементов "НЕ" внутри микросхем К155ЛН1 и SN7404N.
К 14-му выводу подключают питание микросхемы (+5 вольт), к 7-му - общий провод ("землю").
Также можно применить микросхемы стандартной логики К155ЛА3 (4 элемента 2И-НЕ) или К155ЛЕ1 (4 элемента 2ИЛИ-НЕ), соединив входы у одного из элементов и получив таким образом элемент "НЕ".
Неиспользуемые входы логической микросхемы можно соединить с питанием через резистор с сопротивлением 1 КОм. Это обеспечит стабильность ее работы.
(http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/scheme5.gif)
Описываемый робот может быть реализован и без использования подтягивающего резистора. В этом случае эмиттер фототранзистора можно подключить к "земле" и использовать два элемента "НЕ".
(http://www.myrobot.ru/stepbystep/images/line/scheme4.gif)
Следует заметить, что логический элемент, помимо своего прямого назначения, может выступать усилителем сигнала. Поэтому именно такой вариант схемы часто используют при создании спортивных роботов для соревнований "Гонки по линии".
© MyRobot (http://myrobot.ru)
Дополнительная информация:Подтягивающий резистор (http://ru.wikipedia.org/wiki/Подтягивающий_резистор)
Что такое ТТЛ (http://ru.wikipedia.org/wiki/ТТЛ)
Фототранзистор (http://ru.wikipedia.org/wiki/Фототранзистор)
Логический элемент (http://ru.wikipedia.org/wiki/Логический_элемент)