Automatické autíčko

Záverečný projekt predmetu MIPS / LS2024 - Meno Priezvisko

Automatické autíčko sledujúce čiernu čiaru

Sledovanie čiary je základnou technikou používanou v rôznych odvetviach robotiky, vrátane priemyselných robotov, autonómnych vozidiel, ale aj v domácich aplikáciách, ako sú napríklad čistiace roboty. Táto technika umožňuje vozidlám efektívne navigovať v prostredí, kde sú k dispozícii jednoduché vizuálne orientačné body, ako je napríklad čiara na zemi.

V tejto práci sa zameriame na implementáciu sledovania čiary v prostredí AVR, pričom sa budeme venovať nielen samotnému algoritmu sledovania čiary, ale aj analýze vplyvu rôznych parametrov a technických obmedzení na výkon a spoľahlivosť systému. Na základe tejto analýzy budeme schopní navrhnúť a implementovať optimalizovaný algoritmus sledovania čiary, ktorý bude schopný účinne navigovať v rôznych prostrediach a podmienkach.

Použité komponenty.

Zadanie úlohy

Rozhodli sme sa vytvoriť autíčko, ktoré bude schopné sledovať čiernu čiaru na zemi. Toto autíčko musí úspešne absolvovať celú dráhu, ktorá je zložená z rôznych zatáčok a prerušení čiary. Autíčko musí byť schopné ísť rovno, otočiť doľava, otočiť doprava a zastaviť sa podľa toho, ako číta čiaru a interpretuje ju pomocou IR senzorov.

Literatúra:

• Dokumentácia k autíčku
• Vyskúšajte si zmerať reakciu on-line

Popis autíčka

Analýza a opis riešenia

Autíčko je vybavené tromi infračervenými senzormi, ktoré sú umiestnené pod vozidlom a slúžia na sledovanie čiernej čiary na podložke. Tieto senzory fungujú na princípe odrazenia infračerveného signálu z IR LED diódy do fotodiódy. Keď je podklad pod autíčkom čierny, infračervený signál sa neodráža a fotodióda ho nezachytí, čo indikuje, že autíčko je na čiare. V prípade, že autíčko opustí svoju stanovenú dráhu (opustí čiernu čiaru), je programované tak, aby najprv zastavilo sekundu, aby sa uistilo o zmene dráhy. Po opustení čiernej čiary autíčko pokračuje rovno. Avšak ak sa autíčko nachádza mimo čiary viac ako 700 ms, začne vykonávať manéver na návrat na čiaru. Automaticky začne vykonávať jeden zo stanovených manévrov, ktoré ho navedú naspäť na sledovanú trasu. Tento algoritmus umožňuje autíčku efektívne sledovať čiaru a navigovať po stanovenej dráhe.

Prinip fungovania IR senzoru.

Postup ako sa robot vracia späť na dráhu je jednoduchý. V našom funguje aj tak že vedia obe ľavé kolesa sa otáčať jedným smerom a kolesa vpravo do protismeru takže je veľmi efektívny pri otáčaní a zatáčaní.

Prinip fungovania sledovania čiary.

Zapojenie je nasledovné:

Pin ENA (používaný na riadenie rýchlosti motorov) je pripojený k pinu 5 (PD5). Pin ENB (taktiež používaný na riadenie rýchlosti motorov) je pripojený k pinu 6 (PD6). Vstupné signály pre smer otáčania motorov IN1, IN2, IN3 a IN4 sú pripojené na nasledujúce piny: IN1 je pripojený k pinu 7 (PD7). IN2 je pripojený k pinu 8 (PB0). IN3 je pripojený k pinu 9 (PB1). IN4 je pripojený k pinu 11 (PB3). Senzor pre sledovanie čiary na strednej pozícii (LT_M) je pripojený k pinu 4 (PD4). Senzor pre sledovanie čiary na pravej pozícii (LT_R) je pripojený k pinu 2 (PD2). Senzor pre sledovanie čiary na ľavej pozícii (LT_L) je pripojený k pinu 10 (PB2).

Schéma zapojenia autíčka sledujúceho čiernu čiaru.

Algoritmus a program

Zdrojový kód do autíčka v prostredí AVR

AVR C-codefilename.h

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>
#include <util/delay.h>

// Line Tracking IO define
#define LT_R !(PIND & (1 << PD2))
#define LT_M !(PIND & (1 << PD4))
#define LT_L !(PINB & (1 << PB2))

#define ENA PD5
#define ENB PD6
#define IN1 PD7
#define IN2 PB0
#define IN3 PB1
#define IN4 PB3

#define carSpeed 82
#define otocka 180
#define STOJ 250

volatile unsigned long millis_count = 0;

ISR(TIMER0_COMPA_vect) {
    millis_count++;
}

void forward() {
    OCR0A = carSpeed;
    OCR0B = carSpeed;
    PORTD |= (1 << IN1) | (1 << IN4);
    PORTB &= ~((1 << IN2) | (1 << IN3));
}

void Mleft() {
    OCR0A = otocka;
    OCR0B = otocka;
    PORTD |= (1 << IN2) | (1 << IN4);
    PORTB &= ~((1 << IN1) | (1 << IN3));
}

void Mright() {
    OCR0A = otocka;
    OCR0B = otocka;
    PORTB |= (1 << IN1) | (1 << IN3);
    PORTD &= ~((1 << IN2) | (1 << IN4));
}

void stop() {
    OCR0A = 0;
    OCR0B = 0;
    PORTD &= ~((1 << IN1) | (1 << IN2) | (1 << IN4));
    PORTB &= ~(1 << IN3);
}

void setup() {
    DDRD &= ~((1 << PD2) | (1 << PD4)); // Set PD2, PD4 as inputs
    DDRB &= ~(1 << PB2); // Set PB2 as input
    DDRD |= ((1 << ENA) | (1 << ENB) | (1 << IN1)); // Set PD5-PD7 as outputs
    DDRB |= ((1 << IN2) | (1 << IN3) | (1 << IN4)); // Set PB0-PB1 as outputs

    // Initialize timer for millis()
    TCCR0A |= (1 << WGM01);    // CTC mode
    OCR0A = 249;                // 1ms at 16MHz
    TIMSK0 |= (1 << OCIE0A);    // Enable compare match interrupt
    sei();                      // Enable global interrupts
    TCCR0B |= (1 << CS01) | (1 << CS00); // Start Timer0 with prescaler 64

    // PWM setup for ENA and ENB pins (OC0A and OC0B)
    TCCR0A |= (1 << COM0A1) | (1 << COM0A0) | (1 << COM0B1) | (1 << COM0B0); // Set non-inverting mode for OC0A and OC0B
    TCCR0A |= (1 << WGM00) | (1 << WGM01);   // Fast PWM mode
}

int main() {
    setup();

    while(1) {
        if (LT_M) {
            forward();
            // Reset the time when line detected
            millis_count = 0;
        } else if (LT_R) {
            Mright();
            while (LT_R);
        } else if (LT_L) {
            Mleft();
            while (LT_L);
        } else if (!LT_L && !LT_M && !LT_R) {
            // If no line detected for more than 700ms
            if (millis_count > 700) {
                stop(); // Stop the car
                _delay_ms(1000); // Wait for 1 second
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue; // If line detected, continue
                Mleft(); // Else, turn left
                _delay_ms(120); // Wait for turn to complete
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue;
                Mleft();
                _delay_ms(100);
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue;
                Mleft();
                _delay_ms(100);
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue;
                Mright();
                _delay_ms(400);
                stop();
                _delay_ms(1000);
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue;
                Mright();
                _delay_ms(100);
                if (LT_L || LT_M || LT_R) continue;
                Mright();
                _delay_ms(100);
            }
        } else {
            forward();
            millis_count = 0;
        }
    }

    return 0;
}

#include <avr/io.h>

void adc_init(void);                                   // A/D converter initialization

unsigned int adc_read(char a_pin);

Pridajte sem aj zbalený kompletný projekt, napríklad takto (použite jednoznačné pomenovanie, nemôžeme mať na serveri 10x zdrojaky.zip:

Zdrojový kód: zdrojaky.zip

Overenie

Na používanie našej aplikácie stačia dve tlačítka a postup používania je opísaný v sekcii popis riešenia. Na konci uvádzame fotku záverečnej obrazovky pred resetom. Vypísaný je tu priemerný čas a najlepší čas.

Aplikácia.

Video:

Kľúčové slová 'Category', ktoré sú na konci stránky nemeňte.