Detector_de_Obstaculos

Tinajero Jiménez Raúl, código: 398548548, [email protected] Proyecto de diseño con electrónica integrada

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Universidad de Guadalajara Centro Universitario de Ciencias Exactas e Ingeniería

Departamento de Electrónica

CARRO SIGUE LINEAS, LUZ, Y DETECTOR DE OBSTACULOS

AUTOR: TINAJERO JIMENEZ RAUL

E-MAIL: [email protected]

INDICE: 1.-RESUMEN...………………………………………….... 2 1.1. Introducción 2.-CONSTRUCCION (chasis, ruedas)...…………………. 3 2.1. Materiales 2.2. Ensamble chasis y ruedas. 3.-SERVOMOTORES……………………………....….... 4 3.1. Trucaje servomotores……………………… 4 y 5 4.-ETAPA DE POTENCIA…………………………….. 6-7 5.-DETECTAR OBSTACULOS………………………. 8-9 6.-SEGUIDOR DE LUZ……………………………... 10-11 7.-SIGUE LINEAS……………………………………….. 12 8.-PROGRAMACION…………………………………… 13 8.1 programa de cada una de las etapas………13-14 8.2 diagrama de conexión………………………….. 15 9.-BIBLIOGRAFIA……………………………………… 16


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RESUMEN: En este proyecto se presenta el diseño y construcción de un robot “Móvil” fabricado con propósitos de investigación y experimentación con algoritmos de control e inteligencia artificial, además de aplicaciones con diferentes tipos de sensores de luz(LDR), Infrarrojos, de Posición etc.a sea siguiendo la mayor intensidad de luz en el medio donde se encuentre, detectando de donde proviene un sonido o simplemente seguir una línea o ruta en especifico, así como incluyendo otra etapa de sensado que le permite detectar obstáculos evitando así que colisione ya sea deteniéndose o evitar el obstáculo y continuar su camino. El propósito del proyecto se puede considerar meramente didáctico pues en si no tiene una aplicación que tenga algún beneficio al ser humano, lo que se trata es hacer funcionar el vehículo de una forma inteligente resolviendo situaciones que se le presenten en base a sensores. Si bien no tiene una aplicación se podrá ver que el uso de sensores puede tener muchas aplicaciones en la vida cotidiana, industria etc. El proyecto se compone de 7 etapas que se explicaran cada una de ellas mas adelante siguiendo la continuidad en que se hicieron.

• Construcción de chasis, ruedas, forma del carro • Etapa de motores y Etapa de potencia • Sensor de obstáculos • Sensor de luz • Sensor de líneas • Programación del cerebro (microcontrolador)

INTRODUCCION: En los últimos años se ha registrado un creciente interés en la investigación de robots móviles debido a la infinidad de aplicaciones remotas que se pueden desarrollar con ellos, sobre todo en zonas de alto riesgo para el humano. La importancia se deriva en gran parte del alto grado de desarrollo que se ha alcanzado en el área de mecanismos y sensores. Con esto se ha logrado la implantación de sistemas con un alto grado de interacción con el medio logrando que los robots extraigan una descripción más fiel de su entorno, tales como; toma muestras, análisis del medio, detección de gases, fugas o incluso que envié señales de video para que el observador no se exponga. Con todas estas ventajas los robots móviles pueden realizar sus tareas con más exactitud y con mucha mayor precisión en forma autónoma, por esta razón el desarrollo metodologías de control a si como la implementación de nuevos prototipos es de gran importancia.


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2.-CONSTRUCCION (CHASIS, RUEDAS) 2.1. Materiales:

• Tabla de madera tipo aglomerado 50 x 50 cm • Hoja de acrílico 50 x 50 cm • Rueda loca • Tornillo (varilla-1metro) y tuercas 7/16 • Tornillos ½ pulgada y tuercas 5/16

2.2. Ensamble (chasis y ruedas) Para las ruedas se utiliza madera tipo aglomerado por su facilidad para cortar quedando de la siguiente forma acoplados a los servomotores:

Fig.2.1 ruedas y montaje de servos El diámetro es del tamaño de un CD Aproximadamente de unos 6 cm de diámetro para Que tenga mayor velocidad puesto que se utilizan Servomotores. Se cortan 2 partes iguales en acrílico y una en Madera donde se montan los motores y Ruedas. Se necesitan 3 puesto que con los tornillos se deja un espacio para cada una de las etapas que se realizan. En la parte de abajo se acomoda la rueda loca para darle movilidad a las 2 transmisiones independientes traseras.[1]


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3.-SERVOMOTORES Se utilizan 2 servomotores de la marca JR Sport, modelo ST47, Servo motor Standard. Características: § Torque: 524.58 g/cm a 4.8v § Torque: 613.87 g/cm a 6v § Velocidad: 24 SEC/ 60 DEG a 4.8v § Velocidad: 19 SEC/ 60 DEG a 6.0v

No adentrare mucho en el tema de los sevomotores puesto que estos trabajan con frecuencia mediante un sistema integrado y potenciómetro internos, y ya que se utilizan como motores de CC procederé a explicar como se hiso el trucaje de los servos. Pasó 1, se abre el servomotor

Paso 2, se desmontan los engranes.

Pasó 3, Se corta el tope de los engranajes.

Pasó 4, Se desmonta la electrónica.


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Pasó 5, se retira la electrónica. Se quita del circuito tanto el motor como los cables desoldándolos.

Una vez retirados los cables y el motor nos queda un circuito que se aconseja conservar por si se quiere devolver el servo a su funcionamiento original Con los mismos cables se soldán al motor utilizando solamente 2 de los tres cables.

Pasó 6, por último se monta todo de nuevo. Se devuelve todo a su sitio los engranes y el motor en el hueco donde iban y se procede a cerrar el servo...

[1][2]


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4.-ETAPA DE POTENCIA

Para poder gobernar los servomotores que ahora trabajan como motores de cc, debemos crear una etapa intermedia, entre la electrónica de control y los motores. A esta etapa se la llama "etapa de potencia".

Observemos la siguiente figura:

Bien, lo que se hace entonces el colocar, en vez de interruptores, transistores. Pensemos en un transistor como un elemento de tres patillas. Dos de ellas funcionan exactamente como un interruptor, si está cerrado pasa corriente, y si no, no pasa. La tercera patilla es la que gobierna al interruptor: si en esa patilla hay un '1' lógico, se cierra el interruptor que forman las otras dos. Si se pone un '0' lógico, se abre el interruptor.

Entonces, tendremos 4 transistores flanqueando a un motor. Las patillas que controlan cada uno de los transistores, irán conectadas a nuestro microcontrolador (atmel89s52), y así podremos controlar por software cuándo se abren y cierran. Controlamos por tanto si giramos el motor en un sentido o en otro.

Fig.4.1 invertir la polaridad motor cc.

Para hacerlo más fácil utilizamos puente h ya hechos en circuito integrado, el integrado que utilizaremos es el l293D.

Este chip lleva integrados dos puentes H (un para cada motor. Soporta 1A por cada puente H. Esto es una cosa muy importante: el consumo de los motores, y lo que soporta el L293. Como hemos dicho, los motores que se utilizan no consumen más que unos 500mA, con lo

que el L293 va genial porque soporta hasta 1A por cada motor. [2]

Fig.4.2 control para el doble giro de un motor de corriente continua con C.I l293B, es lo mismo que la serie D pero usaremos el l293D puesto que ya trae integrados diodos de protección para corrientes inversas.


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Veamos cómo es el patillaje de estos chips, y para qué sirve cada cosa:

Las patas 1,9 son las que activan el funcionamiento de los 2 puentes H, las entradas por donde se controla el sentido de cada motor son 1A y 2A para un motor y 4A y 3A para el otro. Vcc1 es la alimentación del integrado y el Vcc2 es el voltaje que alimenta los motores (en este caso será de 7.5volts puesto que el l293D se come 1volt). Las salidas a los motores serán 1Y y 2Y para un motor y 4Y y 3Y para el otro. [4]

Fig.4.3 patillaje l293D

El funcionamiento es de la siguiente manera:

1,2EN 1A 2A Motor 0 0 1 Parado 0 1 0 Parado 1 0 1 Gira en un sentido 1 1 0 Gira en el otro sentido

TABLA 4.4 lógica del integrado para el giro de los motores

Para controlar la lógica del integrado se hace mediante un inversor 74ls14 (seis inversores, con trigger schmith) para evitar el error de poner las dos entradas en 1 pudiendo quemar el C.I. L293D así siempre que en una entrada sea 1 en la otra será siempre 0. El circuito queda como se aprecia en la fig.4.4

Fig. 4.5 Diagrama completo etapa de potencia [4] [7]


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5.- DETECTAR OBSTACULOS

En esta etapa se quiere que el carro detecte cualquier obstáculo que se le presente dentro de un Angulo de detección de 180º. Al detectar un obstáculo este tendrá una respuesta emergente dependiendo de donde este detectando el obstáculo evitándolo y seguir su camino.

Para la detección de obstáculos se emplea un fototransistor y un emisor infrarrojo para cada lado o Angulo que se quiera sensar, en este caso se utilizan 3 pares de estos los cuales cada par de emisor y receptor(fototransistor) están dispuestos en paralelo y apuntando a la misma dirección.

Observemos la siguiente imagen:

Fig.5.2 fototransistor Fig.5.3 emisor infrarrojo Fig.5.1 acomodo de los sensores. Como se puede observar se colocan en la placa para censar a los dos lados y al centro, esta placa se coloca al frente del carro atornilladla a la base de madera. Funcionamiento: El fototransistor conducirá mas, contra más luz reflejada del emisor capte por su base. La salida de este dispositivo es analógica y viene determinada por la cantidad de luz reflejada, así pues para tener una salida digital se podría poner un disparador Trigger Schmitt y así obtener la salida digital pero esto tiene un problema, y es que no es ajustable la sensibilidad del dispositivo y los puntos de activación de histéresis distan algunos mili voltios uno del otro. Para solventar este problema se muestra el siguiente circuito basado en un amplificador operacional lm324 (4 uA741) configurado en modo comparador, en la salida del circuito obtendremos una señal cuadrada lista para su interconexión con el puerto P3 del microcontrolador...


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Con el potenciómetro de 1K ajustamos el Vref para comparar con la señal del fototransistor, la sensibilidad del fototransistor se ajusta con el potenciómetro de 50K. Cuando la señal del fototransistor es menor al Vref, se tiene a la salida del lm324 0Vy cuando iguala o sobrepasa el Vref a la salida del lm324 nos entregara una salida de 3.7V para nivel lógico 1con lo que puede ser llevada directamente al microcontrolador. También se conecta a la salida un led para poder visualizar cuando esta detectando la señal y así poder ajustar los sensores más fácilmente. [8][6] La programación del micro para la etapa de estos sensores se muestra en la pág. 13. Fig.5.4 diagrama de los sensores [8]


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6.-SEGUIDOR DE LUZ Para la función de seguir luz lo que se pretende es encontrar un punto de luz dentro de un Angulo de detección de 180º en el frente del carro y dirigirse a la fuente de luz lo mas rápido posible teniendo activados los sensores de obstáculos de tal forma que si se dirige a la fuente de luz y detecta un obstáculo en su camino lo esquive y siga su camino o búsqueda hacia la fuente de luz. Dispone de 3 sensores de luz LDR dispuestos en ángulo de 60º los unos de los otros y metidos en una bocina dividida en 3 partes y echa al efecto con cartulina negra para evitar que la luz ambiente afecte a la buena detección de la fuente de luz a encontrar, también dispone de 3 circuitos comparadores analógicos de tensión en torno a amplificadores operacionales (lm324) en modo comparador

Se construye una especie de bocina plana de 180º en total dividida en 3 sectores a 60º en donde se ubican las LDR. Tal como puede verse en la foto de la derecha. Se ha estrechado el sector central con tiras de cartulina negra para así tener una mejor detección de lo que realmente es el frente (en esta foto no están puestas tales tiras). [2]

Fig.6.2 plano para construcción de la bocina

Fig.6.1 bocina donde se introducen las LDR Y baquelita con el circuito.

A continuación de muestra el diagrama y su explicación:


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Diagrama

El funcionamiento de este circuito es como sigue; como ya sabemos, la LDR varia su resistencia interna en función de la luz que incide sobre ella, a mas luz menos resistencia y viceversa, si nos fijamos en el circuito anterior veremos que lo que se a hecho es un divisor de tensión simple en base a dos resistencias, una de ellas es la LDR que variara su valor en función de la luz y la otra es una resistencia fija de 10K, al variar la LDR de valor lo que también hará es variar la tensión en el punto intermedio entre las dos resistencias, con lo que ya tenemos un nivel de tensión proporcional a la luz. Seguidamente lo que se hace es comparar el nivel de tensión proporcionado por el conjunto divisor de tensión LDR-Resistencia con otra tensión variable esta vez obtenida de un potenciómetro, el amplificador operacional lo que hace es activar su salida o desactivarla en función de si los valores en su entrada positiva es igual o mayor al de su salida negativa, de este modo podemos ajustar el nivel de histéresis del circuito es decir con que valor mínimo de luz se activara su salida.

Como también podemos observar, en la salida del amplificador operacional se ha dispuesto un diodo LED para tener una indicación de visual del estado de salida del circuito y de este modo poder ajustar fácilmente sin instrumento externo alguno.

Las salidas de los comparadores van a ir directamente al puerto 2 del microcontrolador, la programación se muestra en la pág. 13. Junto con la programación de la etapa de detector de obstáculos. [2][6]

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Fig.6.1 diagrama LDR para búsqueda de luz


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7.-SEGUIDOR DE LINEAS

Para el rastreador de líneas utilizamos 2 emisores y dos receptores como los que utilizamos para el detector de obstáculos, estos estarán soldados en una baquelita de tal forma que queden apuntados hacia el suelo a una distancia de 1cm y una entre uno y otro del tamaño de la línea a seguir fig. 7.2.

Funcionamiento: Se dibuja en una cartulina blanca (con pintura negra o bien puede ser cinta aislante) el circuito que se desea siga el carro puede ser un ocho para calar las curvas hacia los 2 lados o puede ser un circuito con cruces todo depende de la programación del microcontrolador y su velocidad de respuesta. Cuando se enciende el carro y no detecta ninguna línea este debe dar marcha atrás hasta encontrar la línea y enrielarse y seguir el circuito dibujado, también debe tener activado los sensores de obstáculos de tal manera que si hay un obstáculo en el camino se detenga y no continúe su camino hasta que el obstáculo se retire. El diagrama es el mismo que utilizamos en el detector de obstáculos solo que esta vez solo utilizamos de sensores fig7.1. Se utiliza de igual forma un integrado lm324 de forma de comparador con una resistencia de 10k variable para ajustar el Vref y otras dos resistencias variables de 50 k y 2 de 10 k en forma de divisor de tensión para ajustar la sensibilidad de los sensores. [2][6]

Fig.7.1 diagrama electrónico

Fig.7.2 sensores en baquelita


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8.- PROGRAMACION El microcontrolador que utiliza es un atmel 89s52 el cual se programa con el compilador pequi y el programador isp-30a. [9]

Fig.8.1 compilador pequi Fig.8.2 programador 8.1.-Programa del sigue líneas:

$mod51 ACALL TIME ACALL TIME ACALL TIME ACALL TIME ACALL TIME ACALL TIME MOV P0,#0 MOV P2,#0 MOV P1,#0 MOV P3,#0 leer1: MOV R1,P3 MOV R2,P2 com1: CJNE R1,#16,com2 JMP paro com2: CJNE R1,#4,com3 JMP paro com3: CJNE R1,#1,com4 JMP paro com4: CJNE R2,#32,com5 JMP izq3 com5: CJNE R2,#128,com6 JMP der3 com6: CJNE R2,#0,com7 JMP ADELANTE com7: CJNE R2,#160,leer1 JMP nosensor1

ADELANTE: CLR P0.1 CLR P1.0 CLR P1.2 ACALL leer1 paro: SETB P0.1 ACALL leer1 izq3: ;luz izquierda CLR P0.1 SETB P1.0 CLR P1.2 ACALL leer1 der3: ;luz derecha CLR P0.1 SETB P1.2 CLR P1.0 ACALL leer1 nosensor1: ;sin línea CLR P0.1 SETB P1.0 SETB P1.2 ACALL leer1


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Programa sigue luz y detector de obstáculos

leer: MOV R1,P3 ;leemos puerto

para cargar valores en el registro MOV R2,P2 comp1: CJNE R1,#16,comp2 JMP izq comp2: CJNE R1,#4,comp3 JMP atrás comp3: CJNE R1,#1,comp4 JMP der comp4: CJNE R2,#4,comp5 JMP atras2 comp5: CJNE R2,#2,comp6 JMP izq2 comp6: CJNE R2,#1,comp7 JMP der2 comp7: CJNE R1,#0,leer JMP nosensor atras2: ;luz frente CLR P0.1 CLR P1.0 CLR P1.2 ACALL leer izq2: ;luz izquierda CLR P0.1 SETB P1.0 CLR P1.2 ACALL leer der2: ;luz derecha CLR P0.1 SETB P1.2 CLR P1.0 ACALL leer nosensor: ;sin luz SETB P0.1 CLR P1.0 CLR P1.2 ACALL leer atrás: ;sensor frente CLR P0.1

SETB P1.0 SETB P1.2 ACALL TIME CLR P1.0 ACALL TIME ACALL TIME CLR P1.2 ACALL TIME SETB P1.0 ACALL TIME ACALL leer der: ;sensor derecho CLR P0.1 SETB P1.0 SETB P1.2 ACALL TIME CLR P1.2 ACALL TIME CLR P1.0 ACALL TIME SETB P1.2 ACALL TIME ACALL leer izq: ;sensor izquierdo CLR P0.1 SETB P1.0 SETB P1.2 ACALL TIME CLR P1.0 ACALL TIME CLR P1.2 ACALL TIME SETB P1.0 ACALL TIME ACALL leer time: MOV R0,#8 lazo2: MOV R1,#71 lazo1: MOV R2,#255 lazo0: DJNZ R2,lazo0 DJNZ R1,lazo1 DJNZ R0,lazo2 RET END[9]


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8.2 DIAGRAMA DE CONEXIÓN ATEMEL 89S52 Se conecta de acuerdo al siguiente diagrama fig.8.3. [3] Este va acompañado de un buffer (74ls245) para garantizar una buena señal del microcontrolador al inversor y el puente H.[9][5]

Fig. 8.3 diagrama microcontrolador atmel 89s52


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9.-Referencia Bibliográfica [1]http://www.tarribot.com/?idm=1&id=4 [2]http://www.xrobotics.com/motorizacion.htm [3] Hoja de datos AT89s52. Pdf [4] hoja de datos l293D.pdf [5] hoja de datos 74ls245.pdf [6] hoja de datos lm324.pdf [7] hoja de datos 74ls14-pdf [8]http://proton.ucting.udg.mx/materias/ET201/index.html [9] introducción al microcontrolador AT89s52.

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