線跟隨機器人 （LFR）是一種跟隨線的機器，它可能是一條黑線或一條白線。跟隨機器人對初學者友好且易于理解和構建。而線追隨者機器人使用 Arduino 或其他微控制器構建很流行且很常見，讓我們嘗試在沒有微控制器的情況下構建相同的東西，并真正了解其工作背后的邏輯，并使用基本的電子設備來設計邏輯電路。顧名思義，機器人基本上會沿著一條線走，但可以構建更高級的版本，例如，我們可以讓機器人追蹤線并找到起點和終點之間的短距離，或者讓機器人解決線的迷宮等。讓我們在這里嘗試一個簡單的基本行跟隨機器人。該機器人基本上由一對用于檢測線路的紅外傳感器和兩個用于控制運動和方向的電機組成。

構建線跟隨機器人所需的組件

IR LED、發(fā)射器和接收器（2 對）

電阻器 100k、220 ohm、1k（各 2 個）

發(fā)光二極管

預設（可變電阻） （10k） （2）

LM358集成電路

L293D集成電路

BO 電機和車輪 （2）

頭針

性能板

電線

機殼

9V 電池（連同電池夾） （2）

了解線路跟隨機器人的工作原理

下面的線通過結合比較器電路工作和L293D 電機驅動器工作獲得的簡單邏輯工作。IR 傳感器將輸出提供給LM358 比較器 IC。當 IR LED 檢測到它前面的某個物體（或者在我們的例子中，檢測到白光）時，IC 會提供高輸出。然后比較器 IC 提供高輸出 （VCC）。這用作決定是否驅動電機的輸入信號。由于每個 IR 傳感器都與每個電機相關聯(lián)，因此我們可以通過驅動兩個電機來使電機向前運行，并且我們可以通過一次僅驅動一個電機來轉動。

了解紅外傳感器的工作原理

紅外傳感器是機器人能夠跟隨路線的原因。您也可以使用紅外傳感器模塊，但我們在這里構建了紅外傳感器。一旦您了解它的工作原理，構建 IR 傳感器就很簡單。紅外傳感器基本上由紅外發(fā)射器（IR LED）和紅外接收器（光電二極管）組成。有時，IR LED 和光電二極管一起被稱為 OptoCoupler 或 PhotoCoupler。顧名思義，紅外發(fā)射器 LED 發(fā)射紅外光。根據(jù)波長、輸出功率和響應時間，紅外發(fā)射器可以有不同的類型。與此類似，有多種基于波長、電壓、封裝和其他因素的 IR 接收器。在紅外發(fā)射器-接收器組合中使用時，接收器的波長應與發(fā)射器的波長匹配。

當IR LED發(fā)射紅外線時，如果有物體阻擋紅外線，物體表面會反射紅外線，紅外線光電二極管對這些光線很敏感。IR 光電二極管接收這些反射的 IR 射線，因此電阻和輸出電壓會相應變化。使用輸出電壓（或光電二極管的電阻）的這種變化，我們可以構建邏輯電路。這就是IR傳感器的基本工作原理；我們將使用它來檢測線的存在。現(xiàn)在，當存在白色表面但黑色表面會吸收時，紅外線會被反射。因此，我們將能夠檢測到黑線存在的位置，并且我們可以構建一個邏輯電路來跟隨這條線。紅外發(fā)射器和接收器的工作原理如圖所示。

（提示：要檢查紅外發(fā)射器是否在發(fā)射，請使用相機（手機攝像頭也可以）查看紅外發(fā)射器。您會在紅外 LED 的中心看到紫色的光芒。）

L293D電機驅動IC工作原理

L293D是電機驅動IC。它用于驅動電機（因此是機器人的輪子）。如L293D IC的引腳排列所示，它可以控制兩個電機。它可以根據(jù)提供給電機的電流來改變電機的速度；它可以根據(jù)輸入控制電機的方向；它還可以啟動或停止電機。

構建沒有微控制器的線跟隨機器人的電路圖

下面給出了使用 L293D和 IR 傳感器的 Line Follower 機器人的完整示意圖：

如您所見，我們將黑線跟隨機器人電路分為三部分，其中兩部分用于構建紅外傳感器，另一部分用于使用 L293D 電機驅動器 IC 構建控制器電路。

使用 LM358 構建紅外傳感器

LM358的管腳和IR傳感器的電路連接如下圖所示。我們使用單個 LM358 IC 來控制兩個紅外傳感器。LM358 使用分別為 8 和 4 的 VCC 和 GND 引腳供電。LM358 是一款運算放大器比較器 IC，可提供高輸出（VCC，在我們的例子中為 9V）。光電二極管是反向偏置的，并使用一個 100k 電阻創(chuàng)建分壓器，并作為輸入饋送到反相端子。另一個分壓器是使用 10k 預設值創(chuàng)建的，并作為輸入提供給比較器的非反相引腳 3。IR LED 通過使用 VCC 和 GND 正向偏置來上電。引腳 1 是輸出，因此我們將 LED 與限流電阻連接，并將傳感器的輸出從此處作為電機驅動器的輸入。

總結一下，我們知道光電二極管的電壓和電阻會根據(jù)是否存在黑色或白色表面而變化。該電壓用于與通過預設獲得的參考電壓進行比較，以給出高電壓或低電壓。使用 LED 指示輸出。

L293D電機控制器電路

引腳 4、5、13 和 12 短路并接地。引腳 16 是 VCC 引腳。這兩個引腳為 IC 供電。引腳 8 是 VCC，電機運行的電壓，應在此處給出。由于我們使用的是 9V 電池，我們將短接兩個 VCC 引腳（引腳 8 和引腳 16）并直接將其提供為 9V。引腳 1 和引腳 9 是各自電機的使能引腳；對于我們的連接，我們需要電機在從紅外傳感器獲得輸入后立即運行，因此我們將啟用引腳連接到高電平（用 VCC 短接它）。引腳 3 和 6 應連接到一個電機，引腳 14 和 11 應連接到另一個電機。現(xiàn)在，我們有兩個用于傳感器輸出的引腳。這用于正向或反向運行電機。由于我們的機器人只會向前移動，我們可以將引腳 7 和 10 接地，并將 IR 傳感器輸出連接到引腳 2 和 4。

總結一下這些連接，當紅外傳感器有高輸入時，機器人會向前移動。當機器人下方有白色表面時，紅外傳感器會提供高輸出，因此電機會向前轉動。如果兩個 IR 傳感器都碰到黑色表面，它會提供低輸出，因此電機不會運行。此時，機器人停止前進。但是，如果只有一個 IR 傳感器穿過黑色表面，則該傳感器輸出低，而另一個位于白色表面上的 IR 傳感器將提供高輸出，因此側電機仍將轉動，因此機器人使轉動。

組裝線跟隨機器人

一旦我們了解了所有組件的連接，我們就可以開始組裝我們的線跟隨機器人。要制作這個機器人，首先，我們需要一個機器人底盤。在這里，我們使用了一個簡單的現(xiàn)成機器人底盤。然后，我們在一些熱膠的幫助下將帶有 IR 電路和控制器電路的 BO 電機放置到底盤上，如下圖所示。

為了給機器人供電，最好使用鋰離子電池（如 18650）和升壓轉換器（將 3.7V 轉換為 5V），因為簡單的 9V 電池無法運行機器人。但是使用18650，還應該包括充電電路，這使得電路有點復雜。因此，我們在這里使用了兩個并聯(lián)組合的 9V 電池。單個 9V 電池無法輸出足夠的功率來驅動電機和 IR 電路；因此必須使用并行組合。L293D 和 IC 358 都可以接受高達 9V 的輸入電壓，因此在這里使用它。如果使用高于 9V 的電壓為電路供電，請檢查 L293D 和 IC 358 的數(shù)據(jù)表中的輸入電壓（因為更高的電壓可能會損壞 IC）。

測試和校準

我們已經(jīng)組裝了機器人，因為它不需要任何代碼，所以是時候看看它的實際效果了。為此，我們需要做的就是將機器人放在黑線上方并查看它的運行情況。

設計沒有微控制器的線路跟隨機器人的優(yōu)勢

我們學習設計基本邏輯電路，它讓我們了解微控制器邏輯的工作原理。

我們構建了紅外傳感器并了解它的工作原理。

如果沒有微控制器，整個項目的成本就會降低。

由于沒有微控制器，因此無需編程。

該電路很簡單，有助于加強基本的電子概念。

設計沒有微控制器的線路跟隨機器人的局限性

機器人無法進行 90 度轉彎。

機器人以跳躍運動而不是平滑運動運行（這可以使用 PID 控制器和微控制器來修復）。

當兩個傳感器都檢測到黑線時，機器人停止移動。