Глава 16. Движение вдоль линии и реакция следования

В описании системы Бастер III упоминается три действия слежения: поиск зарядного устройства, движение вдоль белой линии и реакция следования. Система поиска зарядного устройства (блок "голод") уже создана по материалам гл. 11, 14 и 15. Настоящая глава посвящена двум другим действиям слежения.

В режиме движения вдоль линии Бастер следует за любой светлой поверхностью под шасси. Предположим, что экспериментатор хочет послать Бастера из одной комнаты в другую, например за чашкой кофе или газетой. Для этого можно наклеить на пол полоску белой липкой ленты вдоль наилучшей траектории движения; после того как Бастеру будет задан режим движения вдоль линии, он найдет белую полосу и будет двигаться по ней.

Режим движения вдоль линии полезен также при перемещении Бастера вне дома. Так как асфальтированные дорожки темнее, чем трава с обеих сторон, то Бастер может прогуливаться вокруг дома, придерживаясь более или менее точно середины дорожки. Он даже будет аккуратно объезжать углы, но его любознательность может привести его на проезжую часть улицы или на дорожки, не предназначенные для общего пользования. Поэтому следует тщательно контролировать поведение Бастера вне дома.

Реакция следования заложена главным образом для того, чтобы Бастер мог двигаться за своим хозяином. Смысл ее заключается в том, что Бастер должен мчаться на звук или яркий свет. Если хозяин позовет его или посветит на его глаза-фототранзисторы, Бастер в ответ помчится прямо вперед. Конечно, он может аналогично реагировать на всякий звук или свет, но это только придаст еще большее разнообразие его поведению.

Большая часть схем, необходимых для реализации этих режимов, уже включена в существующие печатные платы. Например, режим движения вдоль линии очень похож на поиск зарядного устройства; в результате в этих режимах используется много одних и тех же логических и времязадающих схем, расположенных на плате обнаружения цели. Точно так же большинство схем, реализующих реакцию следования, включено в плату обнаружения цели, которая была изготовлена в процессе работы, описанной в гл. 15.

Эти два новых действия слежения используют те же самые платы сопряжения, которые были установлены в гл. 15. Можно было бы использовать отдельные наборы плат для реализации каждого действия, но и без сложных расчетов видно, насколько неэффективной была бы такая схема. Добавив очень простую плату выбора режима слежения, о которой будет рассказано в этой главе, оператор сможет втиснуть на плату поиска зарядного устройства еще два действия слежения.

К концу этой главы все возможности системы управления Бастера будут использованы практически полностью. Не задействованным остается вход селектора команд с третьим приоритетом, который может быть использован для блоков, которые, возможно, вам захочется включить в систему позднее. Система по-прежнему остается доступной для расширения и любой человек с воображением и технической сметкой может усложнять поведение Бастера до бесконечности.

Общие принципы работы

Блок поиска зарядного устройства уже был включен в систему как действие со вторым приоритетом. Это действие запускается либо автоматически платой слежения за напряжением питания, либо вручную с помощью тумблера "имитация голода" на панели управления. Режим движения вдоль линии и реакция следования включаются в систему как действия с шестым и седьмым приоритетами соответственно. Оба эти действия запускаются вручную либо с местной панели ручного управления, либо с панели дистанционного управления. Режим движения вдоль линии запускается при включении тумблера S_6f или при задании кода 101 на тумблерах команды дистанционной панели управления. При включении тумблера S_7f или задании на дистанционной панели управления кода 110 разрешается реакция следования.

Хотя все три действия слежения могут быть разрешены одновременно, схема выбора приоритета в селекторе команд (гл. 8 и 9) разрешает работать только одному из них. Если, например, вы включите режим движения вдоль линии и реакцию следования, Бастер всегда будет находиться в режиме движения вдоль линии, так как этому режиму присвоен более высокий приоритет. Тем не менее, когда режим движения вдоль линии заканчивается, Бастер может проявлять реакцию следования. Важно понять, что блоки "отъезд", "голод" и местная панель ручного управления имеют более высокий приоритет, чем любое из двух новых действий слежения. Благодаря этому Бастер всегда может самостоятельно выбраться из угла и вернуться "обедать" в свое гнездо, даже когда он находится в одном из менее приоритетных режимов.

Входные сигналы блоков движения вдоль линии и реакции следования

Что касается входов двух новых действий слежения, необходимо дополнительно включить лишь фототранзистор, светодиод с балластным резистором и маленький пьезокристаллический микрофон. Микрофон используется только в качестве акустического входа в блоке реакции следования, а остальные компоненты используются для движения по линии.

Входная схема блока движения по линии показана на рис. 16.1. Компоненты, которые обозначены как части платы обнаружения цели, уже приводились на рис. 15.3. Остальные монтируются на куске перфорированной платы размером 12 см², которая укрепляется на нижней поверхности шасси Бастера. Обратите внимание, что на рис. 16.1 светодиод управляется от сигнала H_SG. Этот сигнал генерируется на плате аварийных сигналов (рис. 11.3) и имеет частоту 2 Гц. Именно он модулирует аварийный сигнал разрядки аккумуляторов. Поэтому светодиод непрерывно мигает с частотой 2 Гц, и если его свет отражается обратно на фототранзистор РТ3, то эта маленькая плата генерирует импульсы, идущие в 0 с частотой 2 Гц, которые появляются на выводе L_TAR

Рис 16.1. Входная схема блока движения вдоль линии. РТ3 - FPT100 или эквивалентный; СИД - мощный инфракрасный светодиод (Radio Shack 276-047)

Обычно РТ3 закрыт с помощью переменного сопротивления R2 на плате обнаружения цели. Однако, когда Бастер движется над светлой поверхностью, испускаемый светодиодом свет отражается от поверхности и, попадая на фототранзистор, открывает его с частотой 2 Гц. Вентиль типа И-НЕ с триггерами Шмитта на входах преобразует выходное напряжение транзистора в логические сигналы и инвертирует их. Так на выходе этого вентиля возникает низкий уровень, когда Бастер перемещается по темной поверхности, и последовательность положительных импульсов с частотой 2 Гц при движении по светлой поверхности, например по полоске липкой ленты, наклееной на пол.

Вернувшись к схеме платы обнаружения цели на рис. 15.3, заметим, что выход вентиля 4И-НЕ (вывод 5-6) поступает на другой вентиль И-НЕ. Когда на входе L_f высокий уровень, импульсы проходят на схему детектора пропущенного импульса ДПИ1. Перед этим он появляется на выходе 1-6 б инверсном виде и сравнивается с HSG на выходе 1-13.

Если РТ3 принимает световые импульсы от светодиодов, при этом на входе платы обнаружения цели L_f высокий уровень, и если импульсы совпадают с сигналом H_SG, генерирующим световые импульсы, то система реагирует так, как если бы Бастер обнаружил свет импульсной лампы, находясь в режиме поиска зарядного устройства. Сравнение входного сигнала L_TAR с сигналом HSG гарантирует, что Бастер не будет следовать за другими источниками мигающего света, которые могут отражаться от поверхности пола.

После вывода 1-6 на плате обнаружения цели сигналы блоков "голод" и движения вдоль линии обрабатываются одной и той же схемой, а их входные части практически одинаковы. Однако система поиска зарядного устройства ищет свет импульсной лампы, а блок движения вдоль линии чувствителен лишь к сигналу светодиода. Входные и выходные сигналы этих двух блоков разделяются на плате обнаружения цели с помощью соответствующих разрешающих сигналов - H_f для блока "голод" и L_f для блока движения вдоль линии. Схемы, которые описываются далее в этой главе, не допускают одновременного появления двух разрешающих сигналов, тем самым исключается возможная путаница.

Чтобы реализовать реакцию следования, требуется сделать только одно: подать на вход платы обнаружения цели F_i сигнал с простого пьезокристаллического микрофона. Обращаясь снова к рис. 15.3, мы видим, что звуковой сигнал с микрофона через С1 поступает на цепочку регулировки уровня и на базу транзистора Q1. Q1 нормально закрыт и проводит лишь тогда, когда его откроет звуковой сигнал достаточной амплитуды. Дальнейшее прохождение звуковых импульсов с транзистора Q1 определяется логическим уровнем на входе F_f. Если на этом входе высокий уровень, звуковой сигнал проходит на вход 2-5, где логически складывается с сигналами, снятыми с фототранзисторов РТ1 и РТ2.

Обратите внимание на соединение между входным вентилем системы поиска зарядного устройства и входной логикой блока следования (выводы 5-8 и 2-1). Такое соединение приводит к тому, что любой источник света, достаточно яркий для засветки транзисторов РТ1 и РТ2, также легко вызовет реакцию следования, как и звуковой сигнал на входе F_i.

Логическая сумма световых звуковых сигналов поступает на ДПИ2, который служит детектором сигнала. Когда система работает в режиме следования, световые или звуковые сигналы достаточной амплитуды вызывают появление высокого уровня на выходе платы обнаружения цели F_ACQ. Если сигнал исчезает больше, чем на несколько секунд, ДПИ2 сохраняет высокий уровень на выходе F_ACQ в течение этого времени, прежде чем прекратить реакцию следования.

Плата выбора режима слежения

Плата выбора режима слежения, схема которой приведена на рис. 16.2, обеспечивает совмещение трех отдельных действий слежения с единственной схемой управления слежением. По существу эта плата принимает сигналы видимости цели и разрешающие сигналы от трех независимых блоков слежения, посылает данные от наиболее приоритетного блока в систему управления слежением, а ее выходные сигналы передает на соответствующие входы селектора команд.

Рис. 16.2. Схема платы выбора режима слежения. ИС1 -6-НЕ 7404 (Radio Shack 276-1802), ИС2 - 4-2И-НЕ 7400 (Radio Shack 276-1801), ИС3 - 3-3И-НЕ 7410 (Radio Shack 276-1807), ИС4, 5, 6 - 4-2ИЛИ-НЕ 7402 (Radio Shack 276-1811)

В табл. 16.1 приведены логические уравнения работы платы выбора режима слежения. Обратите внимание, что лишь в системе поиска зарядного устройства имеется сигнал контакта с целью (CON). Блоки движения вдоль линии и реакции следования не имеют поставленных целей.

Таблица 16.1. Логические уравнения работы платы выбора режима слежения

Замечания по изготовлению и установке

Изготовьте и установите небольшую входную плату блока движения вдоль линии (рис. 16.1) и плату выбора режима слежения, руководствуясь схемой соединений на рис. 16.3. На местной панели ручного управления пометьте тумблер S_f6 как "движение вдоль линии", а тумблер S_f7 - "следование". Теперь система Бастер III полностью завершена.

Рис. 16.3. Схема соединений в системе слежения. Если не указано иначе, здесь приведены только соединения, которые добавляются или изменяются по сравнению с рис. 15.2