在不使用微控制器的情况下构建一个线跟随机器人

线跟随机器人 （LFR）是一种跟随线的机器，它可能是一条黑线或一条白线。跟随机器人对初学者友好且易于理解和构建。而线追随者机器人使用 Arduino 或其他微控制器构建很流行且很常见，让我们尝试在没有微控制器的情况下构建相同的东西，并真正了解其工作背后的逻辑，并使用基本的电子设备来设计逻辑电路。顾名思义，机器人基本上会沿着一条线走，但可以构建更高级的版本，例如，我们可以让机器人追踪线并找到起点和终点之间的短距离，或者让机器人解决线的迷宫等。让我们在这里尝试一个简单的基本行跟随机器人。该机器人基本上由一对用于检测线路的红外传感器和两个用于控制运动和方向的电机组成。

构建线跟随机器人所需的组件

IR LED、发射器和接收器（2 对）

电阻器 100k、220 ohm、1k（各 2 个）

发光二极管

预设（可变电阻） （10k） （2）

LM358集成电路

L293D集成电路

BO 电机和车轮 （2）

头针

性能板

电线

机壳

9V 电池（连同电池夹） （2）

了解线路跟随机器人的工作原理

下面的线通过结合比较器电路工作和L293D 电机驱动器工作获得的简单逻辑工作。IR 传感器将输出提供给LM358 比较器 IC。当 IR LED 检测到它前面的某个物体（或者在我们的例子中，检测到白光）时，IC 会提供高输出。然后比较器 IC 提供高输出 （VCC）。这用作决定是否驱动电机的输入信号。由于每个 IR 传感器都与每个电机相关联，因此我们可以通过驱动两个电机来使电机向前运行，并且我们可以通过一次仅驱动一个电机来转动。

了解红外传感器的工作原理

红外传感器是机器人能够跟随路线的原因。您也可以使用红外传感器模块，但我们在这里构建了红外传感器。一旦您了解它的工作原理，构建 IR 传感器就很简单。红外传感器基本上由红外发射器（IR LED）和红外接收器（光电二极管）组成。有时，IR LED 和光电二极管一起被称为 OptoCoupler 或 PhotoCoupler。顾名思义，红外发射器 LED 发射红外光。根据波长、输出功率和响应时间，红外发射器可以有不同的类型。与此类似，有多种基于波长、电压、封装和其他因素的 IR 接收器。在红外发射器-接收器组合中使用时，接收器的波长应与发射器的波长匹配。

当IR LED发射红外线时，如果有物体阻挡红外线，物体表面会反射红外线，红外线光电二极管对这些光线很敏感。IR 光电二极管接收这些反射的 IR 射线，因此电阻和输出电压会相应变化。使用输出电压（或光电二极管的电阻）的这种变化，我们可以构建逻辑电路。这就是IR传感器的基本工作原理；我们将使用它来检测线的存在。现在，当存在白色表面但黑色表面会吸收时，红外线会被反射。因此，我们将能够检测到黑线存在的位置，并且我们可以构建一个逻辑电路来跟随这条线。红外发射器和接收器的工作原理如图所示。

（提示：要检查红外发射器是否在发射，请使用相机（手机摄像头也可以）查看红外发射器。您会在红外 LED 的中心看到紫色的光芒。）

L293D电机驱动IC工作原理

L293D是电机驱动IC。它用于驱动电机（因此是机器人的轮子）。如L293D IC的引脚排列所示，它可以控制两个电机。它可以根据提供给电机的电流来改变电机的速度；它可以根据输入控制电机的方向；它还可以启动或停止电机。

构建没有微控制器的线跟随机器人的电路图

下面给出了使用 L293D和 IR 传感器的 Line Follower 机器人的完整示意图：

如您所见，我们将黑线跟随机器人电路分为三部分，其中两部分用于构建红外传感器，另一部分用于使用 L293D 电机驱动器 IC 构建控制器电路。

使用 LM358 构建红外传感器

LM358的管脚和IR传感器的电路连接如下图所示。我们使用单个 LM358 IC 来控制两个红外传感器。LM358 使用分别为 8 和 4 的 VCC 和 GND 引脚供电。LM358 是一款运算放大器比较器 IC，可提供高输出（VCC，在我们的例子中为 9V）。光电二极管是反向偏置的，并使用一个 100k 电阻创建分压器，并作为输入馈送到反相端子。另一个分压器是使用 10k 预设值创建的，并作为输入提供给比较器的非反相引脚 3。IR LED 通过使用 VCC 和 GND 正向偏置来上电。引脚 1 是输出，因此我们将 LED 与限流电阻连接，并将传感器的输出从此处作为电机驱动器的输入。

总结一下，我们知道光电二极管的电压和电阻会根据是否存在黑色或白色表面而变化。该电压用于与通过预设获得的参考电压进行比较，以给出高电压或低电压。使用 LED 指示输出。

L293D电机控制器电路

引脚 4、5、13 和 12 短路并接地。引脚 16 是 VCC 引脚。这两个引脚为 IC 供电。引脚 8 是 VCC，电机运行的电压，应在此处给出。由于我们使用的是 9V 电池，我们将短接两个 VCC 引脚（引脚 8 和引脚 16）并直接将其提供为 9V。引脚 1 和引脚 9 是各自电机的使能引脚；对于我们的连接，我们需要电机在从红外传感器获得输入后立即运行，因此我们将启用引脚连接到高电平（用 VCC 短接它）。引脚 3 和 6 应连接到一个电机，引脚 14 和 11 应连接到另一个电机。现在，我们有两个用于传感器输出的引脚。这用于正向或反向运行电机。由于我们的机器人只会向前移动，我们可以将引脚 7 和 10 接地，并将 IR 传感器输出连接到引脚 2 和 4。

总结一下这些连接，当红外传感器有高输入时，机器人会向前移动。当机器人下方有白色表面时，红外传感器会提供高输出，因此电机会向前转动。如果两个 IR 传感器都碰到黑色表面，它会提供低输出，因此电机不会运行。此时，机器人停止前进。但是，如果只有一个 IR 传感器穿过黑色表面，则该传感器输出低，而另一个位于白色表面上的 IR 传感器将提供高输出，因此侧电机仍将转动，因此机器人使转动。

组装线跟随机器人

一旦我们了解了所有组件的连接，我们就可以开始组装我们的线跟随机器人。要制作这个机器人，首先，我们需要一个机器人底盘。在这里，我们使用了一个简单的现成机器人底盘。然后，我们在一些热胶的帮助下将带有 IR 电路和控制器电路的 BO 电机放置到底盘上，如下图所示。

为了给机器人供电，最好使用锂离子电池（如 18650）和升压转换器（将 3.7V 转换为 5V），因为简单的 9V 电池无法运行机器人。但是使用18650，还应该包括充电电路，这使得电路有点复杂。因此，我们在这里使用了两个并联组合的 9V 电池。单个 9V 电池无法输出足够的功率来驱动电机和 IR 电路；因此必须使用并行组合。L293D 和 IC 358 都可以接受高达 9V 的输入电压，因此在这里使用它。如果使用高于 9V 的电压为电路供电，请检查 L293D 和 IC 358 的数据表中的输入电压（因为更高的电压可能会损坏 IC）。

测试和校准

我们已经组装了机器人，因为它不需要任何代码，所以是时候看看它的实际效果了。为此，我们需要做的就是将机器人放在黑线上方并查看它的运行情况。

设计没有微控制器的线路跟随机器人的优势

我们学习设计基本逻辑电路，它让我们了解微控制器逻辑的工作原理。

我们构建了红外传感器并了解它的工作原理。

如果没有微控制器，整个项目的成本就会降低。

由于没有微控制器，因此无需编程。

该电路很简单，有助于加强基本的电子概念。

设计没有微控制器的线路跟随机器人的局限性

机器人无法进行 90 度转弯。

机器人以跳跃运动而不是平滑运动运行（这可以使用 PID 控制器和微控制器来修复）。

当两个传感器都检测到黑线时，机器人停止移动。