ROBOT RASTREADOR DE LUZ L. TAPIA, W. CHAMORRO, E.M CASAMÍN F. SARCHE, V. TORRES Control con Microprocesadores Resumen.- Para presente proyecto I. INTRODUCCIÓN La robótica móvil es una de las aplicaciones más interesante de la electrónica. El principio fundamental de un robot móvil es el desplazamiento en un ambiente conocido o desconocido, por lo tanto es necesario conocer la arquitectura con la cual funciona, para este tipo de autómatas la arquitectura utiliza es la híbrida que esta constituida por tres capa que son: capa de inteligencia (Nivel de control), capa unificadora (Nivel Físico), capa de censado (Nivel sensorial). Estos autómatas tienen una amplia gama de aplicaciones entre las que se tiene entretenimiento diversión y distracción, buscador de fisuras y grietas en túneles, rastreo de salidas en caso de derrumbes. Una aplicación destacable se encuentra en un sofisticado puerto de descarga en Inglaterra, en donde la carga proveniente de los barcos, se transporta en robots móviles del tamaño de un autobús, siendo esta operación totalmente controlada. Todo esto en base a materiales descartables, de un ATMEGA 16, fotorresistencias, motores de continua, una caja reductora, con su adecuado programa de control que se describirá en el presente trabajo. La función principal del robot es ser orientada por
medio de una fuente de luz, cuando este se encuentra en entornos cerrados. Este proyecto nace de la iniciativa de utilizar lo ya investigado para darle una nueva aplicación que pueda ser de utilidad a la humanidad. II. NIVEL FISICO El robot consta en total de 3 placas de circuito impreso, en la una se encuentra la implementación del acondicionamiento de los sensores fotorresistivos en la otra está la implementación del circuito de potencia y en la última se encuentra el circuito con la lógica de control y de comunicación inalámbrica Las 3 fotorresistencias están ubicadas en un ángulo de separación de 60º los unos de los otros, estos se encuentran dentro de una bocina dividida en 3 partes; esta bocina está construida con cartulina negra y una protección de color negra, para evitar que la luz ambiente afecte la buena detección de la fuente emisora de luz.
Para la estructura donde se van a asentar las placas se ha usado partes de juguetes como: cajas reductoras, partes armables, tornillos, tuercas, una bola loca, una bocina de color negra en donde están colocadas las fotorresistencias.
divisor de tensión fotorresistenciaResistencia con otra tensión variable que es obtenida con la ayuda de un potenciómetro lineal de precisión de 5k, el amplificador operacional activará o desactivará su salida, en función de si los valores en su entrada positiva es igual o mayor al de su entrada negativa, de este modo podemos ajustar el nivel de histéresis del circuito es decir, con que valor mínimo de luz se activará su salida.
III. NIVEL SENSORIAL Para el ajuste de la sensibilidad o histéresis del nivel de luz a detectar de acuerdo a los requerimientos ambientales lumínicos se usa el siguiente circuito.
A la salida del amplificador operacional se a puesto un diodo LED como indicador visual del estado de salida del circuito y de este modo poder ajustar fácilmente, sin la necesidad de utilizar un instrumento externo alguno.
9V
CENT
U1:A
dere izq
3
U1:B centro
1
2
5
U1:C 10
dere
7
6
4
R5 5k6
PIZ
TL084
PCENT
R2 390R
TL084 PDERE scen
11
11
R6 390R
TL084
sizq R3 330R
5K
8
9
Lógica de control fotorresistencias:
4
centro R4 5k6
sder
R7 330R
5K
9V
R8 390R
11
izq R1 5k6
DERE
4
IZQ
R9 330R
5K
para
las
U2:A
3
4
CONN-SIL3
7414 U2:C sder
5
6 7414
IZQ
CENT
El funcionamiento de este circuito está basado e la variación interna de R1 R4 la fotorresistencia en función de la luz que incide sobre ella, a mas luz menos resistencia y viceversa, para este propósito se a diseñado un divisor de tensión simple en base a dos resistencias, una de ellas es la fotorresistencia y la otra es una resistencia fija de 5.6K, al variar el valor de la fotorresistencia producirá una variación de la tensión en el punto intermedio entre las dos resistencias, con lo que se logra conseguir un nivel de tensión proporcional a la luz. Seguidamente se compara el nivel de tensión proporcionado por el conjunto izq
centro
5k6
5k6
El problema principal es el uso de 3 sensores fotorresistivos ya que existen 8 posibles estados de salida en conjunto. DERE Para solucionar este problema se va a convertir los 3 bits binarios en 8 salidas U1:A U1:B independientes para tal efecto se hace R5 uso del circuito integrado 74LS138 (conversor de PCENT 3 bits con PIZ BCD-Decimal R2 salidas pull-up) que se activan a nivel bajo (siempre están a 5V menos cuando se activa la salida que R3pasa a ser 0V o GND). dere
5k6
izq
4
scen
J1 1 2 3
U2:B
3
centro
1
2
5
7
TL084
390R
TL084
9
R6 390R
PDERE
sizq
5K
5K
330R
U2:A sizq
1
2
U2:B 3
CONN-SIL3 4
7414
U2:C sder
5
6 7414
J1 1 2 3
7414
scen
10
dere
6
11
2 7414
4
1
11
sizq
scen
R7 330R 5K
También se ha utilizado trigger schmitt tipo 74LS14 en las entradas, esto ayuda que los voltajes se mantengan en los niveles lógicos adecuados. IV.
NIVEL DE CONTROL
El circuito de control es el que proporciona las señales hacia los actuadores dependiendo de las señales obtenidas en los sensores. Lógica de control para los motores: El análisis en ésta parte es que se tiene 8 salidas del 74LS138 y solo 2 motores para ser controlados; el control que se va a tener para que gire en una u otra dirección el robot es la siguiente: la una girará con una velocidad baja mientras la otra rueda lo hace con una velocidad mayor, Para controlar la velocidad de giro de los motores se usa PWM’s diferentes en cada una de las ruedas
Como se puede ver; cada combinación de entrada de los sensores fotorresistivos equivale a que una de las salidas del integrado tome el valor lógico bajo. Pero se debe considerar para la programación que las señales provenientes de las fotorresistencias son invertidas al pasar por el trigger schmitt con lo que en ausencia de luz se tiene todas las entradas a nivel lógico alto. También se puede ver que hay dos campos rellenados correspondientes a oscuridad total y luz total, para las otras opciones dependiendo del valor de la salida que se tenga del 74LS138 se codificará lo diferente PWM’S con la ayuda del ATMEGA16.
Tabla de la verdad del circuito integrado 74LS138 Input Output Estado de sensores C B A /Q=L 000 1 Luz total 001 2 010 3 011 4 100 5 101 6 110 7 111 8 Oscuridad total
V.
MICROCONTROLADOR
VI. PROGRAMACION MICROCONTROLADOR
DEL
VII. ANALISIS DE RESULTADOS EXPERIMENTALES
LOS
En primera instancia se ha experimentado con las fotorresistencias y el desplazamiento en un entorno que cuenta con luz natural, teniendo como resultado un movimiento entrecortado este inconveniente ha sido mejorado calibrando las resistencias que corresponden a cada fotorresistencia. Luego de ensayarse el robot en distintos entornos con diferentes tonos de luz se han obtenido resultados satisfactorios, los movimientos de seguimiento que
realiza al cambiar los puntos de fuente de luz dan buenos resultados. VIII. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El resultado de este proyecto cumple con las expectativas iniciales, el seguimiento a una luz dirigida es bueno hasta una distancia de 80 cm de radio, se mejorara el programa para poder mejorar su curvatura IX.
REFERNCIAS
Libros: Aplicaciones eléctricas con microcontroladores AVR (Ramiro Valencia B.) Instrumentación Industrial (Dr. Ing. Antonio Creus ) Apuntes de las materias de control discreto, microprocesadores, Instrumentación industrial, Control con microprocesadores BIOGRAFIAS WILLIAM CHAMORRO Nació en Quito el 19 de febrero de 1989. Realizó sus estudios primarios en la Escuela Fiscal Mixta Carcelén. Sus estudios secundarios los realizó en el Instituto Nacional Mejía, donde se graduó de Bachiller en Físico- Matemática y obtuvo la mención de tercer Escolta del Pabellón Nacional, así como el segundo mejor egresado de su promoción. En la actualidad
Ayudas de los programas computacionales como Bascom AVR, ISIS Proteus, Progisp Set de Instrucciones del Micro controlador ATMEGA 16 Manual de Usuario de módulos tthm inalámbricos Internet: http://www.x-robotics.com/ http://es.wikipedia.org/wiki/Espectro_d e_frecuencias http://www.asifunciona.com/fisica/af_e spectro/af_espectro_3.htm http://www.neoteo.com/radiocontrolpara-modelismo-de-12-canales16319.neo http://www.neoteo.com/radiocontrolmodulos-comerciales-en-uhf.neo
está realizando sus estudios en Ingeniería en Electrónica y Control en la Escuela Politécnica Nacional. Área de Interés: Automatización Robótica, Inteligencia artificial. FELIPE SARCHE Nació el 29 de septiembre de 1987, en la ciudad de quito, sus estudios primarios y secundarios los realizó en el colegio escuela Maristas donde obtuvo su bachillerato en físico matemático.
Actualmente cursa el séptimo semestre de electrónica y control. VINICIO TORRES Nació en Chaguarpamba provincia de Loja el 29 de Mayo de 1986. Realizo sus estudios secundarios en el Instituto Tecnológico OCHO DE NOVIEMBRE Piñas-El Oro donde obtuvo su bachillerato en Físico Matemático. Actualmente cursa el séptimo semestre de la carrera Electrónica y Control en la Escuela Politécnica Nacional. LUIS TAPIA Nacido en Quito en febrero 25, realizo sus estudios primarios en La Unidad Educativa “Ecuatoriano Suizo” y curso la secundaria en el Colegio técnico “Don Bosco” como bachiller técnico en electrónica, actualmente cruza los últimos semestres de la Escuela Politécnica Nacional y trata de juntar ámbitos como el arte y la ciencia por medio de la electrónica Áreas de Interés: Aplicación de la electrónica al arte, manejo de audio de manera digital, Creación de sonidos en base a fuentes eléctricas. http://buenamusicaecuatoriana.blogspot.c om/ MAURICIO CASAMÍN
Nació el 18 de Noviembre de 1983, en la ciudad de Quito, sus estudios primarios los realizó en la Escuela Fiscal Mixta “República Argentina”, sus estudios secundarios fueron en el Colegio Fiscal Mixto “Juan de Salinas”, donde obtuvo el título de Bachiller en Ciencias. Tiene la suficiencia en el idioma Inglés de la EPN, Aprobó cursos de LABVIEW y Elaboración de placas electrónicas, actualmente cursa el séptimo nivel de Ingeniería en Electrónica y Control en la Escuela politécnica Nacional; sus áreas de interés son automatización industrial, inteligencia artificial, cibernética y robótica.