12/3/2012

ESPECIALIDAD EN INGENIERA EN MECATRNICA Generacin 33

Electrnica BsicaM. en C. Jos Felipe Camarena Garca

CNAD

ROBOT MICRO MOUSE SEGUIDOR DE LNEA

Electrnica Bsica | Alumno: Ricardo Garca Tolentino lectrnicargtolentino@prodigy.net.mx

PROYECTO ROBOT SEGUIDOR DE LNEAEl proyecto consiste en disear y construir un Robot Seguidor de Lnea (Micromouse seguidor de lnea) basado en compuertas lgicas para su control, de forma que se pongan en prctica los contenidos abordados dentro de la asignatura de Electrnica Bsica. El Robot debe cumplir los siguientes requisitos: Ser autnomo. Seguir la lnea negra. Cuando no detecte la lnea negra, debe buscarla (hacer un giro de 360). Utilizar motores a pasos como actuadores. El control debe implementarse con circuitos lgicos. No usar micro controlador Ligero y fuerte. Medidas: 15 x 15 x 15 cm como mximo. Debe usar bateras de 7.2V 1200 mAH Debe iniciar 3 segundos despus de encendido. Garantizar el recorrido total de la lnea.

La finalidad del proyecto consiste en identificar las diferentes etapas que componen un robot: la electrnica, mecnica y la programacin, las cuales deben trabajar en perfecta unin para el logro del propsito del robot. Para este proyecto, la parte que ms nos tom tiempo fue la etapa de electrnica, ya que poseemos conocimientos bsicos de la materia, y la mayor parte de los contenidos eran nuevos. Se utiliza el Altium Designer 6 para el diseo e impresin de los circuitos impresos, mismos que se utilizan para planchar los circuitos en las placas fenlicas, el planchado se utiliza para transferir el tner del papel contact a la superficie de las placas. De acuerdo a los contenidos de la materia, vimos que la parte electrnica del Robot se compone de las etapas de Sensores, Potencia y Control.

Etapa de Sensores Es la etapa encargada de la deteccin de la lnea, se implementa utilizando sensores CNY70, por ser de gran versatilidad y econmicos, tambin pueden utilizarse QRD14, segn algunos ejemplos encontrados en otros robots, que hacan mencin de que son compatibles. As mismo se integra un amplificador operacional de tipo LM311 que permita proporcionar un dato binario Cero o Uno dependiendo de la lectura de los sensores, el amplificador operacional recibe un voltaje de referencia, para detectar cuando es un Cero y cuando es un Uno en formato binario, de esta manera se le enva la seal a la etapa de Control. Etapa de Control: Esta etapa recibe la seal de la tarjeta de sensores, la seal ya viene adaptada por el amplificador operacional LM311, de forma que puede entregar un Cero o un Uno dependiendo de la lectura que hagan los sensores. Este dato binario se utiliza para alimentar al circuito integrado 74HC194, que es un registro de corrimiento universal de 4 bits, este circuito tiene 2 entradas una en serie (DSR Derecha y DSL izquierda) y otra en paralelo (P0, P1, P2, P3), en este caso se utilizaran las entradas en serie, para correr el bit en un sentido u otro dependiendo de las lecturas de los sensores sobre la lnea negra y la salida en paralelo (Q0, Q1, Q2, Q3) para energizar una de las etapas del motor a pasos. Para nuestro proyecto, utilizamos el 74HC194 en un modo de desplazamiento serie serie, bajo las siguientes condiciones de entrada: Desplazamiento al a izquierda Desplazamiento a la derecha S0 S1 = 0 1 S0 S1 = 1 0

En esta misma etapa utilizamos un el Circuito Integrado LM555, configurado como oscilador estable que proporciona los pulsos de reloj necesarios para el 74HC194 a travs del pin 11, en cada seal de reloj, las salidas del 74HC194 son desplazadas a la izquierda o derecha segn las indicaciones del sensor en la llave S0 y S1, el CI 74HC194 proporciona las funciones bsicas necesarias para controlar el motor a pasos, tales como Avance, Retroceso y Parada. Cada motor es controlado con un CI 74HC194 que manda la seal de salida a la etapa de potencia. Etapa de Potencia: La etapa de potencia se implement usando transistores NPN TIP 120 (Arreglo Darlington) por sus caractersticas:

ICmax = 8 A HFE = 1000De acuerdo a los datos medidos en cada bobina del motor a pasos, se tienen que: R = 18 Con un voltaje de entrada de 6V, obtenemos lo siguiente: IC = 6V/18 = 0.333 A = 333 mA IB = IC/ = 333 mA / 1000 = 333 A < - corriente mnima para que el transistor entre en Saturacin Por tanto, colocamos una resistencia de 1 K , para un voltaje de 5V, obtenidos con el transistor regulador de voltaje LM7805 IB = (5V 1.2 V) / 1000 = .0038 = 3.8 mA Los transistores se pueden sustituir por el circuito integrado ULN2003, el cual es un arreglo de transistores Darlington de 7 canales, con 500mA por canal y un mximo de 50V.

LISTA DE COMPONENTESCANTIDAD 2 COMPONENTE Ruedas Plstico Azul IMAGEN

2

Motores a pasos de 1.8

8

Darlington TIP120

1

Circuito Integrado 74HC00.

1

Circuito Integrado 74HC04.

1

Circuito Integrado 74HC32

1

Circuito Integrado LM555

2

Sensores CNY70

3

Capacitor de cermica de 0.01 Fd.

8

Diodos de Silicio

3

Potencimetros de 10K

11

Resistencia de 1 K

2

Resistencias de 10K

3

Resistencias de 100

2

Resistencias de 4.7 K

1

Capacitor Electroltico de 100 mF a 25V

1

Capacitor Electroltico de 10 F

2

CI 311

2

CI 74H194

2

Bases de 16 pines

3

Bases de 8 pines

1

Transistor 7805

1

Switch, cola de rata

1

Placa con circuito impreso para etapa de sensores

1

Placa con circuito impreso para etapa de Potencia y Control

1

Estructura metlica

HERRAMIENTA UTILIZADA: Pinzas de corte Pinzas de punta Soldadura Cautn de lpiz Papel brilloso Tijeras Una navaja (cutter) Regla Plumn Lija Jabn Plancha Fibra de trastes Tornillos con tuercas Impresora Taladro Brocas 1/32, 1/16 Bandeja de plstico Cloruro Frrico Laminas Fenlicas Cinta de Aislar Cables

PROCESO DE CONSTRUCCINENSAMBLE ELECTRNICOSe disearon los circuitos en papel, para posteriormente elaborar el esquemtico y el PCB en el Software Altium Designer, como se muestran en las figuras:VCC VCC VCC 8 1K R1 Res1 22K R2 Res1 2.2K R4 Res1 VCC 220 R6 Res1 U2 2 A 1 GND VCC VCC VCC 8 1K R8 Res1 22K R9 Res1 VCC 220 R12 Res1 U4 2 A 1 GND K Optoisolator1 2.2K R11 Res1 5 3 7 2 4 1 6 U3 LM311N R10 Res1 100 3 VCC 2 GND K Optoisolator1 GND GND C E 4 3 R7 Res1 4.7K LED0 GND GND VCC P1 1 2 3 4 Header 4 5 3 7 2 4 1 6 U1 LM311N R3 Res1 100 3 VCC 2 Q1 B2N3903 1 330 R5 D1 Res1 Q2 B2N3903 1 330 GND C E 4 3 R14 Res1 4.7K GND LED0 GND GND R13 D2 Res10 3 1 2 1 22 1 1 22 3

Esquemtico de la etapa de sensores.

1

2

4

3

4

3

1

2

2

1

1

2 1

1

2

1

82

1

8

2

7

2

7

3

62

3

6

4

52 1

4

5

1

2 1 2

1 1

2

2

1

2

1

1

1

2

3

1

2

1 1 2 3 4 2

PCB Etapa de Sensores

E C

E C

VCC

R20 10K res

U10 1 11 9 10 2 7 3 4 5 6 8 RST CLK S0 S1 DSR DSL P0 P1 P2 P3 GND MC74HC194N GND VDD

VCC 16

U8C 9 8 10 MM74HC32N U8D 12 11 8 13 MM74HC32N

VCC C10 Cap 100pF GND

Q0 Q1 Q2 Q3

15 14 13 12

U6C 9 A 10

U7D 8 9 AY

Y B MC74HC00AD

MC74HC04N

P2 4 3 2 1 Header 4

VCC U7B 3 A Y 4 5 U7C AY 6

U8A 1 3 2 MM74HC32N U8B 4 6 5 MM74HC32N

MC74HC04N GND

MC74HC04N

VCC 21 res 10K 1 11 9 10 2 7 VCC C9 3 4 5 6 8 GND GND U9 RST CLK S0 S1 DSR DSL P0 P1 P2 P3 GND MC74HC194N VDD VCC 16

VR5 Cap res 47 R19 100pF RPot1 VCC1 R18 1K res U5 4 6 5 2 C1 Cap 0.1uF GND 1 Cap Pol1 1uF C2 RST THR CVOLT TRIG GND NE555N VCC DISC OUT 8 7 3 R40 Res1 330 100K

Q0 Q1 Q2 Q3

15 14 13 12

GND

GND

Esquemtico de la Etapa de Control y Potencia2 2 2 2 2 2 2 2

0

1

2

3

4

5

6

1

2

3

4

5

6

1

1

1

1

1

1

1

1

11 2 3

11 2 3

11 2 3

11 2 3

11 2 3

11 2 3

11 2 3

11 2 3

2

2

2

2

2

2

2

2

4

3

2

1

4

3

2

1

2

2

2

2

2

2

2

2

1

1

1

1

1

1

1

1

2

1

1

1

1

1

1

1

1

2

2

2

2

2

2

2

2

1 1 2

2

1 1

16

1

2

1

16

2

15

1

2

15

1

3

2

1

3

14

2

3

14

2

2

4

13

3 2

4

13

3

1

2

2 1 5 12 4 1 5 12 4

6

11

6

11

2

1 1 8

7

10

7

10 2 7

8

9

8

9 3 6

4

5 1

2 14 13 12 11 10 9 8 14 13 12 11 10 9 8 14 13 12 11 10 9 8

1

2

1

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7

1

2

3

4

5

6

7 1 2

2

3

1 2 1

14 3 2 1

3

PCB Etapa de Control y Potencia

Una vez impresos los diseos, se transfieren los mismos a las placas fenlicas a travs de la tcnica de planchado utilizando papel contact. Posteriormente se sumergen en Cloruro Frrico, para eliminar el cobre sobrante y dejar los circuitos impresos, se hacen los orificios donde se colocaran los componentes y los puentes que comunican ambas capas. Las placas quedan de la siguiente manera con los componentes soldados: Placa de Sensores

Placa de Control y Potencia

ENSAMBLE MECNICOEn esta parte, seleccionamos una pequea estructura de aluminio, formada por pedazos sobrantes de otros proyectos que se cortaron y doblaron con base a las medidas proporcionadas en los requisitos. La placa donde se montan los motores, es de 10 x 12 cm aproximadamente, sujetados por un cincho de metal atornillado a la misma. Los soportes para la placa de control y potencia se elaboran tambin con trozos de aluminio sobrante y se doblan para fijarlos mediante tornillos a la placa base. La placa de sensores, se atornilla a la base sobre una placa de acrlico que funciona como aislante, quedando la estructura como se muestra en la figura:

Estructura del Micro mouse seguidor de lnea.

ROBOT TERMINADO

CONCLUSIONESDurante el desarrollo del presente proyecto, pude observar las diferentes etapas que comprende un sistema mecatrnico, y la importancia de que todas las reas involucradas trabajen en perfecto acoplamiento para el logro de un trabajo que cumpla con el propsito para el que es diseado. En mi caso, me sirvi de mucho para comprender algunos conceptos bsicos de electrnica y su aplicacin prctica, ya que la gran mayora de los contenidos eran desconocidos o muy bsicos, con este trabajo se logra una mayor comprensin y se generan ideas que pueden llevarse a la realidad implementndolas en sistemas mecatrnicos.