Fig. 11 · Labo de robotique · Huit capteurs IR qui lisent en mesurant un temps

Suiveur de ligne QTR-8RC

Arduino Nano

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Banc

Pas encore de mesure

Position de la ligne (0-7000)

Pas encore de mesure

Consommation

0 mA

Monter et casser

1MonterÀ suivre
Démontez jusqu'au circuit nu
Retirez tous les composants de la carte rouge. Vous allez les remettre comme elle est fabriquée : les capteurs CMS, les résistances, les condensateurs et le MOSFET d'abord, puis le connecteur.
2
Placement automatique des composants CMS, puis refusion
3
Posez le connecteur 11 broches au dos
4
Soudez le connecteur
5
Câblez la barrette au Nano
6
Câblez le TB6612FNG
7
Câblez les moteurs
8
Câblez la LiPo sur VM et GND
9
Glissez la carte de test sous la barrette
10
Mettez le banc sous tension
11
Téléversez « Temps RC bruts »
12
Téléversez « Position de la ligne »
13
Téléversez « Suivre la ligne »
14
Alimentez la barrette en 3,3 VCasser
15
Pontez 3.3V BYPASS en 5 VCasser
16
Laissez une soudure froide sur OUT1Casser
17
Oubliez R9Casser
18
Mettez le banc au soleilCasser
19
Relevez la barrette de 10 mmCasser
20
Inversez les moteurs gauche et droitCasser
21
Alimentez les moteurs par le 5 V du NanoCasser
22
Vue éclatée

Casser exprès

Chaque panne est de celles qui piègent ceux qui montent pour de vrai. Déclenchez-la, lisez le symptôme sur le banc, puis réparez.

Barrette en 3,3 V sans le bypass
mauvaise tension
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Chaque capteur lit sombre, carte blanche comprise ; la position saute ou reste bloquée au milieu.
Chaque chaîne de LED, ce sont deux LED d'environ 1,2 V et 141 Ω. Depuis 5 V, il reste 2,6 V pour les résistances : environ 18 mA. Depuis 3,3 V, seulement 0,9 V : environ 6 mA, un tiers de la lumière. Le phototransistor reçoit si peu d'IR en retour que même le blanc retombe lentement et, après un calibrage en 5 V, tout compte comme du noir.
Solution: Alimentez VCC en 5 V. Sur une carte en 3,3 V, pontez les pastilles 3.3V BYPASS pour que les LED retrouvent leur courant.
Bypass ponté en 5 V
surintensité
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les capteurs 5 et 6 lisent du noir sur la carte blanche et y restent ; la carte tire environ 220 mA et les LED tiédissent.
Les pastilles de bypass court-circuitent les deux résistances de 47 Ω que partagent toutes les chaînes. En 5 V, chaque chaîne tire alors (5 - 2,4 V) / 47 Ω, environ 55 mA, au-delà des 50 mA admis par les LED. Les LED sont en paires en série : quand l'une grille et s'ouvre, sa partenaire s'éteint avec elle.
Solution: Retirez le pont de soudure et remplacez les capteurs de la paire grillée. Ne pontez le bypass qu'en 3,3 V.
Soudure froide sur OUT1
soudure froide
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le capteur 1 saute à 2500 (noir) de temps en temps, et la position bascule vers la gauche.
La lecture RC a besoin que la broche charge le nœud puis le regarde retomber. À travers une soudure qui fait et défait le contact, le Nano ne voit parfois rien revenir et atteint le délai maximal de 2500 : la mesure d'un capteur au-dessus du noir.
Solution: Réchauffez la soudure avec de la soudure neuve jusqu'à ce qu'elle coule en un cône brillant autour de la broche.
R9 absente
pièce manquante
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les capteurs 3 et 4 lisent 2500 sur le blanc comme sur le noir ; la position penche vers eux.
Les LED des capteurs 3 et 4 sont en série à travers R9. Sans elle, il n'y a pas de chemin : aucune des deux LED ne s'allume. Un capteur qui n'émet pas d'IR n'en reçoit pas en retour et lit du noir.
Solution: Posez R9 (47 Ω) et refondez-la. Deux capteurs morts ensemble, c'est en général leur chaîne de LED commune.
Soleil sur le sol
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Chaque capteur lit vite, ruban noir compris : la barrette ne trouve pas la ligne.
La lumière du soleil porte bien plus d'infrarouge que les LED. Elle atteint chaque phototransistor quoi qu'il y ait dessous : les sorties retombent vite partout et le noir ressemble au blanc.
Solution: Mettez la barrette à l'ombre, ou lisez deux fois, LED allumées puis éteintes, et soustrayez (QTRReadMode::OnAndOff dans QTRSensors).
Barrette à 10 mm du sol
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le blanc lit environ 780 µs au lieu de 120, le noir atteint le délai maximal ; la position erre et le robot zigzague.
La lumière de la LED s'étale à l'aller et au retour. Pololu a mesuré 120 µs sur du blanc à 3 mm et 780 µs à 10 mm : un sixième de la lumière. Calibré à la hauteur basse, le blanc paraît maintenant gris à chaque capteur.
Solution: Montez la barrette à 3 mm du sol (la meilleure distance selon Pololu, 9,5 mm au plus) et calibrez à la hauteur où vous roulez.
Moteurs gauche et droit inversés
mauvais réglage
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Le robot s'éloigne de la ligne, la perd et tourne sur lui-même.
Avec la ligne à gauche, le sketch ralentit la roue gauche. Mais cette roue est maintenant du côté droit : le robot tourne à droite et la ligne part encore plus à gauche. La correction agrandit l'erreur.
Solution: Remettez les fils des moteurs dans le bon sens, ou inversez PWMA et PWMB dans le sketch.
Moteurs sur le 5 V du Nano
brown-out
Pourquoi ça arrive
Symptôme: Les roues donnent des à-coups, le Nano redémarre sans arrêt et le calibrage ne se termine jamais.
Un moteur TT tire 200-300 mA en marche et plus de 1 A au démarrage. À travers l'USB et le fusible de 500 mA du Nano, cela fait tomber le 5 V sous ce dont l'ATmega a besoin : il se réinitialise, les moteurs s'arrêtent, la tension revient et tout recommence.
Solution: Alimentez VM avec la LiPo. Gardez la logique et les moteurs sur des alimentations séparées, avec une masse commune.

Présentation du banc

montez la barrette, lisez la ligne, puis dirigez

Le QTR-8RC est une barrette rouge de 75 mm avec huit capteurs infrarouges à réflexion alignés, espacés de 9,5 mm. Chaque capteur, c'est une LED IR et un phototransistor côte à côte, qui regardent le sol 3 mm plus bas. Le blanc réfléchit beaucoup d'IR, le ruban noir presque rien. La version RC lit en mesurant un temps : le Nano met chaque sortie à HIGH, la relâche et compte combien de temps la ligne met à retomber, environ 120 µs sur du blanc et au-delà du délai maximal de 2500 µs de la bibliothèque sur du noir. Ces huit temps donnent un seul nombre de 0 à 7000 : l'endroit où se trouve la ligne sous la barrette. Montez la barrette, câblez-la à un Nano avec un TB6612FNG et deux motoréducteurs, glissez une carte de test dessous et faites revenir le robot sur la ligne. Puis cassez-le : trop peu de tension, un bypass ponté, une soudure froide, le soleil, la barrette trop haute, les moteurs inversés.

Sources

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 4 410 octets d'espace programme

Code : Temps RC bruts

// QTR-8RC : huit capteurs RC chronométrés par le Nano
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8 : n'importe quelle broche numérique peut mesurer une sortie RC
uint16_t values[8];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON : la bibliothèque allume les LED IR à chaque lecture
  Serial.println("raw: OUT1-OUT8 in us, 2500 = timeout");
}

void loop() {
  qtr.read(values);              // huit temps de chute en µs : environ 120 sur du blanc, 2500 (le délai maximal) sur du noir
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    if (i > 0) Serial.print(' ');
    Serial.print(values[i]);
  }
  Serial.println();
  delay(1000);
}

Exercices pratiques

0/2 exercices

Écrivez le code, puis lancez les vérifications. L'exécution utilise une horloge virtuelle et un monde scripté : le même code donne toujours le même résultat.

Revenir sur la ligne

Arduino C++

Le code de départ lit la ligne mais fait tourner les deux roues à 150 quoi qu'il voie. Faites-le diriger : error = position - 3500, puis left = 150 + error / 20 et right = 150 - error / 20. Avec la ligne sous le capteur 2, la roue gauche doit ralentir et la droite accélérer ; sous le capteur 7, l'inverse ; au centre, les deux à 150.

Vérifications

Pas encore lancéTourne pendant 4,5 s
Pas encore lancéLit la ligne avec readLineBlack()
Pas encore lancéSTBY (D9) est à HIGH : le driver est réveillé
Pas encore lancéAu centre : la roue gauche (D5) à environ 150/255
Pas encore lancéAu centre : la roue droite (D6) à environ 150/255
Pas encore lancéLigne sous le capteur 2 : la roue gauche ralentit
Pas encore lancéLigne sous le capteur 2 : la roue droite accélère
Pas encore lancéLigne sous le capteur 7 : la roue gauche accélère
Pas encore lancéLigne sous le capteur 7 : la roue droite ralentit
Pas encore lancéDe nouveau au centre : retour à 150

Indices

readLineBlack() renvoie un nombre non signé ; convertissez-le avant de soustraire : int error = (int)pos - 3500;
error / 20 revient à error x 0.05 sans virgule flottante : c'est Kp.
motors() limite déjà chaque roue à 0-255 avec constrain().

Code pour Revenir sur la ligne

// Suivre la ligne : ralentir la roue du côté où se trouve la ligne
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8 : n'importe quelle broche numérique peut mesurer une sortie RC
uint16_t values[8];
const int PWMA = 5, AIN1 = 7, AIN2 = 8, STBY = 9, BIN1 = 10, BIN2 = 4, PWMB = 6;
const int BASE = 150;

void motors(int left, int right) {   // les deux roues en avant, vitesse de 0 à 255
  digitalWrite(AIN1, HIGH); digitalWrite(AIN2, LOW); analogWrite(PWMA, constrain(left, 0, 255));
  digitalWrite(BIN1, HIGH); digitalWrite(BIN2, LOW); analogWrite(PWMB, constrain(right, 0, 255));
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON : la bibliothèque allume les LED IR à chaque lecture
  for (int p = 4; p <= 10; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(STBY, HIGH);
  for (int i = 0; i < 100; i++) {   // balayez maintenant la barrette au-dessus du ruban : chaque capteur apprend son propre blanc et son propre noir
    qtr.calibrate();
    delay(20);
  }
}

void loop() {
  uint16_t pos = qtr.readLineBlack(values);
  // calculer l'erreur à partir de pos et diriger avec, au lieu d'aller tout droit
  motors(BASE, BASE);
  delay(20);
}

Pivoter pour retrouver la ligne

Arduino C++

Dans un virage serré, la ligne se retrouve sous le capteur le plus extérieur et la direction seule est trop lente. Quand la position est sous 1000, pivotez à gauche sur place : roue gauche en arrière, droite en avant, les deux à 110. Au-dessus de 6000, pivotez à droite. Entre les deux, dirigez comme avant.

Vérifications

Pas encore lancéTourne pendant 4,3 s
Pas encore lancéLigne tout à gauche : AIN1 (D7) est à LOW
Pas encore lancéLigne tout à gauche : AIN2 (D8) est à HIGH, la roue gauche tourne en arrière
Pas encore lancéLigne tout à gauche : BIN1 (D10) est à HIGH, la roue droite en avant
Pas encore lancéAu centre : la roue gauche de nouveau en avant
Pas encore lancéLigne tout à droite : BIN1 (D10) est à LOW
Pas encore lancéLigne tout à droite : BIN2 (D4) est à HIGH, la roue droite en arrière
Pas encore lancéLigne tout à droite : la roue gauche en avant
Pas encore lancéPivot à gauche à 110 : le rapport cyclique de la roue gauche est d'environ 43 %
Pas encore lancéPivot à droite à 110 : le rapport cyclique de la roue droite est d'environ 43 %

Indices

wheel() prend une vitesse signée : une vitesse négative met IN1 à LOW et IN2 à HIGH, et la roue tourne en arrière.
if (pos < 1000) { motors(-110, 110); } else if (pos > 6000) { motors(110, -110); } else { ... }
Gardez la ligne de direction de la première tâche dans la dernière branche.

Code pour Pivoter pour retrouver la ligne

// Pivoter sur place quand la ligne est sous un capteur d'extrémité
#include <QTRSensors.h>

void wheel(int in1, int in2, int pwm, int speed) {
  digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH);
  analogWrite(pwm, constrain(abs(speed), 0, 255));
}

void motors(int left, int right) {
  wheel(AIN1, AIN2, PWMA, left);
  wheel(BIN1, BIN2, PWMB, right);
}

void loop() {
  uint16_t pos = qtr.readLineBlack(values);
  // ajouter les deux pivots : sous 1000 pivoter à gauche, au-dessus de 6000 pivoter à droite
  int turn = ((int)pos - 3500) / 20;
  motors(BASE + turn, BASE - turn);
  delay(20);
}

Monter et casser

1MonterÀ suivre

Démontez jusqu'au circuit nu

Retirez tous les composants de la carte rouge. Vous allez les remettre comme elle est fabriquée : les capteurs CMS, les résistances, les condensateurs et le MOSFET d'abord, puis le connecteur.

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 11 broches au dos

Soudez le connecteur

Câblez la barrette au Nano

Câblez le TB6612FNG

Câblez les moteurs

Câblez la LiPo sur VM et GND

Glissez la carte de test sous la barrette

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Temps RC bruts »

Téléversez « Position de la ligne »

Téléversez « Suivre la ligne »

Alimentez la barrette en 3,3 VCasser

Pontez 3.3V BYPASS en 5 VCasser

Laissez une soudure froide sur OUT1Casser

Oubliez R9Casser

Mettez le banc au soleilCasser

Relevez la barrette de 10 mmCasser

Inversez les moteurs gauche et droitCasser

Alimentez les moteurs par le 5 V du NanoCasser

Vue éclatée

Présentation du banc

montez la barrette, lisez la ligne, puis dirigez

Sur le banc

Sélectionné

Le sketch utilise 4 410 octets d'espace programme

Code : Temps RC bruts

// QTR-8RC : huit capteurs RC chronométrés par le Nano
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8 : n'importe quelle broche numérique peut mesurer une sortie RC
uint16_t values[8];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON : la bibliothèque allume les LED IR à chaque lecture
  Serial.println("raw: OUT1-OUT8 in us, 2500 = timeout");
}

void loop() {
  qtr.read(values);              // huit temps de chute en µs : environ 120 sur du blanc, 2500 (le délai maximal) sur du noir
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    if (i > 0) Serial.print(' ');
    Serial.print(values[i]);
  }
  Serial.println();
  delay(1000);
}

Pivoter pour retrouver la ligne

Arduino C++

Vérifications

Pas encore lancéTourne pendant 4,3 s
Pas encore lancéLigne tout à gauche : AIN1 (D7) est à LOW
Pas encore lancéLigne tout à gauche : AIN2 (D8) est à HIGH, la roue gauche tourne en arrière
Pas encore lancéLigne tout à gauche : BIN1 (D10) est à HIGH, la roue droite en avant
Pas encore lancéAu centre : la roue gauche de nouveau en avant
Pas encore lancéLigne tout à droite : BIN1 (D10) est à LOW
Pas encore lancéLigne tout à droite : BIN2 (D4) est à HIGH, la roue droite en arrière
Pas encore lancéLigne tout à droite : la roue gauche en avant
Pas encore lancéPivot à gauche à 110 : le rapport cyclique de la roue gauche est d'environ 43 %
Pas encore lancéPivot à droite à 110 : le rapport cyclique de la roue droite est d'environ 43 %

Indices

wheel() prend une vitesse signée : une vitesse négative met IN1 à LOW et IN2 à HIGH, et la roue tourne en arrière.
if (pos < 1000) { motors(-110, 110); } else if (pos > 6000) { motors(110, -110); } else { ... }
Gardez la ligne de direction de la première tâche dans la dernière branche.

Code pour Pivoter pour retrouver la ligne

// Pivoter sur place quand la ligne est sous un capteur d'extrémité
#include <QTRSensors.h>

void wheel(int in1, int in2, int pwm, int speed) {
  digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH);
  analogWrite(pwm, constrain(abs(speed), 0, 255));
}

void motors(int left, int right) {
  wheel(AIN1, AIN2, PWMA, left);
  wheel(BIN1, BIN2, PWMB, right);
}

Suiveur de ligne QTR-8RC

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 11 broches au dos

Soudez le connecteur

Câblez la barrette au Nano

Câblez le TB6612FNG

Câblez les moteurs

Câblez la LiPo sur VM et GND

Glissez la carte de test sous la barrette

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Temps RC bruts »

Téléversez « Position de la ligne »

Téléversez « Suivre la ligne »

Alimentez la barrette en 3,3 VCasser

Pontez 3.3V BYPASS en 5 VCasser

Laissez une soudure froide sur OUT1Casser

Oubliez R9Casser

Mettez le banc au soleilCasser

Relevez la barrette de 10 mmCasser

Inversez les moteurs gauche et droitCasser

Alimentez les moteurs par le 5 V du NanoCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Barrette en 3,3 V sans le bypass

Bypass ponté en 5 V

Soudure froide sur OUT1

R9 absente

Soleil sur le sol

Barrette à 10 mm du sol

Moteurs gauche et droit inversés

Moteurs sur le 5 V du Nano

État en direct

Consommation

Testez-vous

Après : Soudez le connecteur

Après : Téléversez « Position de la ligne »

Après : Téléversez « Suivre la ligne »

Après : Alimentez les moteurs par le 5 V du Nano

Quiz de fin de banc

Présentation du banc

Sources

Sur le banc

Exercices pratiques

Revenir sur la ligne

Vérifications

Pivoter pour retrouver la ligne

Vérifications

Suiveur de ligne QTR-8RC

Le banc

Monter et casser

Démontez jusqu'au circuit nu

Placement automatique des composants CMS, puis refusion

Posez le connecteur 11 broches au dos

Soudez le connecteur

Câblez la barrette au Nano

Câblez le TB6612FNG

Câblez les moteurs

Câblez la LiPo sur VM et GND

Glissez la carte de test sous la barrette

Mettez le banc sous tension

Téléversez « Temps RC bruts »

Téléversez « Position de la ligne »

Téléversez « Suivre la ligne »

Alimentez la barrette en 3,3 VCasser

Pontez 3.3V BYPASS en 5 VCasser

Laissez une soudure froide sur OUT1Casser

Oubliez R9Casser

Mettez le banc au soleilCasser

Relevez la barrette de 10 mmCasser

Inversez les moteurs gauche et droitCasser

Alimentez les moteurs par le 5 V du NanoCasser

Vue éclatée

Casser exprès

Barrette en 3,3 V sans le bypass

Bypass ponté en 5 V

Soudure froide sur OUT1

R9 absente