PROYECTO DE FIN DE CICLO

Docente:Materia: Sistemas Embebidos Grupo integrado por:

Diana Inés CastilloPablo Fabián Solano

Jorge Armando Andrade Roger Augusto Sarango

En el presente trabajo se explica el funcionamiento de un carro ultrasónico, sus componentes principales, y se detalla cómo podemos construirlo, tanto el programa de control, como el modelo físico. En el programa de control se detalla el programa, el funcionamiento del proyecto, las diferentes funciones que cumple el mismo. El sistema de detección de obstáculos lo realizamos a través del sensor SFR05 con el que podemos tener una gran precisión en el momento de los resultados La utilización de los sensores de ultrasonido (SFR05) es muy importante en estas aplicaciones, ya que con ellos podemos controlar la velocidad y la distancia mínima antes de que nuestro vehículo se acerque mucho a los obstáculos, con lo que se pude evitar el impacto.

El cálculo de la distancia a un obstáculo se determina midiendo el tiempo de vuelo de las ondaseguidor de línea hasta que regresen, pero esto depende de diferentes condiciones ambientales como temperatura, viento, etc., para que los cálculos sean más exactos es necesario aislar estos fenómenos.

1.DISEÑO

Para realizar el diseño del carro ultrasónico nos basamos en algunos Paper de la Escuela Politécnica Nacional y de varios autores que han realizado investigación en este campo. Como la tarea fundamental del carro ultrasónico móvil es el desplazamiento en un entorno conocido o desconocido, por tanto es necesario que posea tres funciones fundamentales, la locomoción (nivel físico), la percepción (nivel sensorial) y la decisión (nivel de control) [2].

Para el diseño nos ayudamos de las clases de los Lcd, las interrupciones y el funcionamiento de los motores, así mismo del atmega 32, que en este proyecto es el encargo de controlar a todos los componentes.

El diseño del circuito en proteus queda de la siguiente manera:

Imagen 1. Diseño del circuito en Proteus.

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2.1. DISEÑO DE LA BAQUELA

Con las consideraciones tomadas en cuenta, y armando el circuito en el protoboard para las respectivas pruebas de funcionamiento observamos que funcionaba de acuerdo a nuestras especificaciones en el programa, realizamos el diseño en el programa Ares de proteus, con lo que está lista para realizarla en la baquelita.

Imagen 2. Diseño impreso de la baquela en Ares.

Una vez diseñado e impreso en papel fotográfico, comenzamos a la preparación de la placa, luego soldamos los diferentes componentes a utilizarse de la misma, tomando el cuenta las normas para que no se dañen los componentes.

2.2. MATERIALES Y HERRAMIENTAS

Para la construcción de este carro ultrasónico utilizamos los siguientes materiales:

Atmega32.- Es de 8 bit de alto rendimiento y bajo consumo. 131 instrucciones. La mayoría de un simple ciclo de clock de ejecución. Memorias de programa y de datos no volátiles. 32K bytes de FLASH reprogramable en sistema. Resistencia: 1.000 ciclos de escritura / borrado. 1024 bytes de EEPROM. Resistencia: 100.000 ciclos de escritura / borrado. 2K bytes de SRAM interna. Características especiales del microcontrolador. Reset de Power-on y detección de Brown-out programable. Oscilador RC interno calibrado. Fuentes de interrupción externas e internas. 6 modos de descanso: Idle, reducción de ruido ADC, Power-save, Power-down, Standby y Standby extendido [3].

Sensor Ultrasónico.- Es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. Son muy utilizados actualmente gracias a su tamaño, control y versatilidad [4].

Pantalla Lcd.- Una pantalla de cristal liquido o LCD es una pantalla delgada y plana formada por un determinado número de pixeles monocromos (para este caso), colocados delante de una fuente luminosa. Una de las principales características de las pantallas LCD es su bajo consumo de energía eléctrica [5].

L293D.- El integrado L293D incluye cuatro circuitos para manejar cargas de potencia media, en especial pequeños motores y cargas inductivas, con la capacidad de controlar corriente hasta 600 mA en cada circuito y una tensión entre 4,5 V a 36 V [6].

7805.- El 7805 entrega 5V de corriente continua. El encapsulado en el que usualmente se lo utiliza es el TO220, aunque también se lo encuentra en encapsulados pequeños de montaje superficial y en encapsulados grandes y metálicos (TO3, lo que lo hace sumamente útil para alimentar dispositivos TTL [7].

Potenciómetro.- Es un resistor del tres-terminal con un contacto que resbala que forme un divisor ajustable del voltaje [1]. Si se utilizan los tres terminales, puede actuar como variable divisor del voltaje. Si se utilizan solamente dos terminales (un lado y el limpiador), actúa como un resistor o reóstato variable. Los potenciómetros son de uso general pues los controles para los dispositivos eléctricos tales

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como un control de volumen de una radio. Los potenciómetros funcionaron por un mecanismo se pueden utilizar como posición transductores, por ejemplo, en a palanca de mando [8].

Capacitores cerámicos y electrolíticos.- Es un dispositivo que es capaz de acumular cargas eléctricas. Básicamente un capacitor está constituido por un conjunto de láminas metálicas paralelas separadas por material aislante [9].

Leds.- Es un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz [10].

Resistencias.- Se aprovecha para crear caídas de tensión, controlar intensidades, modificar tiempos de carga y descarga en condensadores para variar la frecuencia en osciladores y un sin fin de utilidades. Las resistencias sirven para limitar el flujo de la electricidad según las necesidades de nuestro

circuito [11].

Borneras.- Son un punto de anclaje de alimentación de electricidad también se usan como puente, las variaciones son múltiples incluso se usan en automotores las hay de diferente cantidad de contactos según la necesidad de uso un abraso [12].

Batería eléctrica de 9V.- Es un dispositivo que genera energía eléctrica mediante un

procedimiento electroquímico. Es necesario distinguir entre baterías recargables (acumuladores) y pilas o baterías desechables. La diferencia fundamental entre ambos tipos está en que las baterías recargables permiten revertir la reacción química en la que está basado su funcionamiento, mientras que las desechables no [13].

2.NIVEL FISICO

Para el desarrollo del proyecto necesitamos un carro de juguete, las únicas condiciones que tiene que tener la parte delantera con movimientos tanto a la derecha como a la izquierda, y la parte trasera con movimientos hacia adelante y atrás.

Imagen 3. Prototipo de un carro.

3.NIVEL SENSORIAL

Para el desarrollo del reconocimiento del ambiente en el que se encuentra el carro se utilizo el sensor SRF05, a continuación se detallan las principales características:

Tensión 5VConsumo 30 mA Tip. 50mA Max.Frecuencia: 40 Khz.Distancia Mínima: 3 cm.Distancia Máxima: 400 cm.Sensibilidad: Detecta un palo de escoba a m.Pulso de Disparo 10 uS min. TTLPulso de Eco: 100 uS - 18 mS

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Retardo entre pulsos: 10 mS MínimoPulso de Eco: 100 uS - 18 mSTamaño: 43 x 38.1 x 19.8 mmPeso: 10 gr.

Imagen 4. Sensor Ultrasónico SRF5. [En Línea]< http://www.superrobotica.com/Images/s320111bbig.jpg>

Para calcular la distancia deberá suministrar un breve pulso de al menos 10uS para disparar la entrada de comienzo del cálculo de distancia. El SRF05 transmitirá una ráfaga de 8 ciclos de ultrasonidos a 40khz elevando el nivel lógico de la señal del eco. Entonces el sensor "escucha" un eco, y en cuanto lo detecta, vuelve a bajar el nivel lógico de la línea de eco. La línea de eco es por lo tanto un pulso, cuyo ancho es proporcional a la distancia respecto al objeto. Registrando la duración del pulso es posible calcular la distancia en pulgadas/centímetros o en cualquier otra unidad de medida. Si no se detectase nada, entonces el SRF05 baja el nivel lógico de su línea de eco después de 30mS. El SRF05 proporciona un pulso de eco proporcional a la distancia. Si el ancho del pulso se mide en uS, el resultado se debe dividir entre 58 para saber el equivalente en centímetros, y entre 148 para saber el equivalente en pulgadas. uS/58=cm o uS/148=pulgadas [14].

Para la comprobación del funcionamiento del sensor y la calibración del mismo, lo realizamos en el programa proteus, y los respectivos cambios del código en C en programa Code Vision. Al momento de simularlo en proteus podemos distinguir la onda y saber que el sensor está activado.

Imagen 5. Simulación del sensor con los motores en Proteus.

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Imagen 6. Simulación del sensor cuando varía los pulsos.

Imagen 7. Simulación del sensor y su resultado en Proteus.

4.NIVEL DE CONTROL

El siguiente programa es la base del funcionamiento del movimiento del carro, ya que sin este no cumple las especificaciones, el programa se encuentra grabado en el Atmega 32. Es aquí en donde se controlan los movimientos que va a realizar el sistema A continuación detallamos el mismo:

DETALLES DEL PROGRAMA EN C

/*****************************************************Project: ProyectoEmbebidosVersión: 1.0Date : 29/06/2012Autor: RDPJCompaña: Comments:

Chip type : ATmega32Program type : ApplicationAVR Core Clock frequency: 8,000000 MHzMemory model : SmallExternal RAM size : 0Data Stack size : 512*****************************************************/

#include <mega32.h>#include <lcd.h>#include <stdio.h>#include <delay.h>#include <stdlib.h>

// funciones lcd

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#asm .equ __lcd_port=0x18; //PORTB#endasm

// variables a utilizar int y; unsigned char dato[16];

void main(void){

DDRB = 0b11111111; // Puerto B como salida DDRC = 0b00000000; // Puerto C como entrada DDRD = 0b11110000; // Ultimos 3 pines del Puerto D como salida ACSR = 0x80; SFIOR = 0x00;

// inicializacion de lcd lcd_init(16); // iniciar lcd 2x16 lcd_gotoxy(0,0); lcd_putsf("Carro + sensor"); lcd_gotoxy(0,1); lcd_putsf("Ultrasonido"); delay_ms(1000); lcd_clear();

lcd_gotoxy(0,0); sprintf(dato,"%02d:",y); lcd_puts(dato);

#asm ("sei") while (1) { PORTB.3 = 1; // Encender el led /* Aplicar un pulso de disparo o trigger de 10us para iniciar la secuencia de pulsos */ PORTA.0 = 1; delay_us(10); //PORTA.0 = 0; if (PINA.0 == 1) { PORTA=4; } if (PINA.0 == 0) { y = PINA.0; do { ftoa(y,2,dato); lcd_gotoxy(0,1); lcd_puts(dato); }while(y==1); y=y++;

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y=y/58; PORTD.4=1; PORTD.6=1; } }}

Fin del Programa principal y subrutinas.

Lo que primero realizamos en el programa es aplicar un pulso de disparo de 10us para comenzar con la secuencias de pulsos , de esta forma se con una solo pin del microcontrolador se lo establecerá como entrada de salida de los ecos que el sensor emitirá y receptara.

Este programa que hace que el carro evada los obstáculos presentados en su camino, los movimientos que realiza son: adelante, atrás, derecha, e izquierda.

El programa esta calibrado para que el carro se detenga a una distancia mínima de 3 a 5cm, esto es para que tenga espacio para dar la vuelta y no se choque al dar la vuelta, cuando encuentra un obstáculo el carro primero revisa la condición si puede girar en ese espacio, si es que no le es posible regresa, y comprueba si puede irse a la derecha o a la izquierda, una vez que haya encontrado el camino avanza hacia adelante.

5.CONCLUSIONES

† El atmega32 es de gran importancia ya que este dispositivo nos permite utilizarlo en diferentes aplicaciones, y su costo no es muy elevado, por sus características.

† El desarrollo del proyecto puede ser de gran importancia en aplicaciones en la vida diaria como para las personas que no pueden moverse por sí mismas, en lugares de difícil acceso para el hombre, etc.

† Ayuda a mejorar los conocimientos obtenidos teóricamente, desarrollándolos en la práctica.

† El manejo de los sensores ultrasónicos, nos permite conocer las funciones que cumplen, como para medir distancias, en nuestro caso nos permite detectar objetos y no sean impactados por el carro

6. REFERENCIAS

[1] SISTEMA DE DETECCIÓN COMBINADO PARA SENSORES ULTRASÓNICOS.pdf. [En línea]. < http://utic.inti.gob.ar/publicaciones/aadeca98/combi.pdf> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[2] Diseño de Robot con ultrasonido. [En línea] < http://bibdigital.epn.edu.ec/bitstream/15000/590/1/CD-0984.pdf> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[3] Características generales del ATmega32/32L. [En línea] < http://www.sc.ehu.es/sbweb/webcentro/automatica/web_avr/archivos/Otros%20AVRs/ATmega/ATmega32.htm> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[4] SuperRobotica.com: Sensores Ultrasónicos. [En Línea] < http://www.superrobotica.com/S320111.htm> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[5] Wikipedia: Pantalla de cristal Líquido. [En línea] <http://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_de_cristal_l%C3%ADquido> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[6] robotica.com.uy: Integrado L293D - Control de giro de motores. [En Línea] <http://robotica.com.uy/forum/m essages.aspx?TopicID=7 0 > [Consultado 27 – 01 - 2011].

[7] Wikipedia: 78xx. [En Línea] < http://es.wikipedia.org/wiki/78xx> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[8] Word Lingo: Potenciómetro. [En línea] < http://www.worldlingo.com/ma/enwiki/es/Potentiometer> [Consultado 27 – 01 - 2011].

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[9] Textos Cientificos.com: Resistencias, Capacitores Inductancia. [En línea] <http://www.textoscien tifico s+.com/fisica/resistencias> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[10] Electronica Unicrom: Diodo Led. [En línea] <http://www.uni crom.com/Tut_diodo_led.asp> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[11] Portal PMR.com: Resistencia Eléctrica. [En línea] <http://www.portalpmr.com/articulos/resistencias-electricas-vp22.html> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[12] Componentes electrónicos: Borneras. [En línea] <http://www.cdronine.com.ar/rubro.php3?titulo=BORNERAS&expand=SI&rubro=4> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[13] Batería Eléctrica. [En línea] <http://enciclopedia.us.esind ex.php/Bater%C3%ADa_el%C3%A9ctrica> [Consultado 27 – 01 - 2011].

[14] SuperRobotica.com: SRF05 SENSOR DISTANCIAS ULTRASONIDOS SIMPLE S320111. [En Línea] < http://www.superrobotica.com/S320111.htm> [Consultado 27 – 01 - 2011].

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