Seguidor de Línea PROYECTO FINAL
Alejandro Rodríguez Morillón. Luis D. Enciso Martínez. UPQ
Micro controladores
,
Manuel A. Rojas Botello.
Profesor: Ubaldo G. Villaseñor
Seguidor de Línea.
MAD CONTENIDO
INTRODUCCIÓN OBJETIVO APLICACIONES POSIBLES DE UN SEGUIDOR DE LINEA CARRITO SEGUIDOR DE LINEA. MATERIALES UTILIZADOS SOFTWARE ISIS PROTEUS PIC C COMPILER DESARROLLO Y METODOLOGIA RESULTADOS OBTENIDOS FUNCIONAMIENTO PROGRAMA DEL SEGUIDOR DE LINEA. CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL SEGUIDOR DE LINEA MARCO TEORICO Sensores Motores Ruedas Fuente de energía Transistor Motor Corriente Continua
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Resistencia Diodo Led TIP 120. Estructura básica Sistema mínimo Microprocesador o CPU (Central Process Unit) PIC Sensores Motores Ruedas Fuente de energía: Sensor Infrarrojo QRD1114 Descripción del sensor. PIC 16F873A ETAPA DE POTENCIA. TIP 120. VENTAJAS DEL ESQUEMA FOTOS DEL SEGUIDOR DE LINEA CONSTRUIDO. CONCLUSIONES
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SUMARIO DEL CARRITO SEGUIDOR DE LINEA. INTRODUCCIÓN La robótica es una rama fundamental de la electrónica. Un robot seguidor de línea se clasifica en el campo de la robótica móvil un grupo de la rama de robótica. La tarea fundamental de un robot 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). Entre las aplicaciones de robots móviles se encuentra el transporte de carga en la industria, robots desactivadores de explosivos, exploración de terrenos no aptos para el hombre. Nosotros construimos un carro seguidor de línea para poder adquirir estas competencias que se mencionan en el párrafo anterior.
-OBJETIVO: Este seguidor tiene como objetivo preliminar dar un enfoque en el desarrollo profesional del individuo, y ayudar a este en su preparación para que en un futuro pueda servir a la sociedad.
-APLICACIONES POSIBLES DE UN SEGUIDOR DE LINEA: El desarrollo tecnológico permite que la vida cotidiana sea mucho más fácil; de aquí la mayor motivación a nuestro diseño, el “SEGUIDOR DE LINEA PARA EL TRANSPORTE DE MATERIAL EN UN LUGAR DE TRABAJO”, el cual está basado en mantener una dirección específica, pudiéndose emplear en diversas situaciones, como envío de informes y material de oficina de un departamento a otro; teniendo como
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ventaja, la rapidez de la operación, reducción de horas-hombre de trabajo y evitar la distracción que pudieran ocasionar los repartidores a los trabajadores.
-CARRITO SEGUIDOR DE LINEA: Son robots muy sencillos, que cumplen una única misión: seguir una línea marcada en el suelo (normalmente una línea negra sobre un fondo blanco o viceversa) y es creado para movilizar un cierto tipo de carga desde un punto de inicio hasta un punto determinado de llegada, el cual va a estar establecido por el trazado de la línea de color blanca para así poder guiar este dispositivo entre los puntos marcados.
MATERIALES UTILIZADOS -PIC 16F873A -Una computadora para por medio de programación cambiar la velocidad de giro de los motores. -2 motores a pasos a 9 Volts. -8 sensores QRD1114 -1 Sistema mínimo. -1 batería de 9 voltios -2 llantas de goma delgada. -1 rueda loca -1 zócalo para el PIC. -Un kit de LEGOS. -Placa de cobre para hacer las placas del sistema mínimo y la etapa de potencia con el TIP120. -Acido Férrico. -Programador de PIC. -Software
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SOFTWARE -ISIS PROTEUS: Programa ISIS, Intelligent Schematic Input System (Sistema de Enrutado de Esquemas Inteligente) permite diseñar el plano eléctrico del circuito que se desea realizar con componentes muy variados, desde simples resistencias, hasta alguno que otro microprocesador o microcontrolador, incluyendo fuentes de alimentación, generadores de señales y muchos otros componentes con prestaciones diferentes. Los diseños realizados en Isis pueden ser simulados en tiempo real, mediante el módulo VSM, asociado directamente con ISIS.
-PIC C COMPILER: El ambiente de desarrollo integrado de PCWHD le da a los programadores la capacidad de producir rápidamente códigos muy eficientes usando un lenguaje fácil y manejable, pero de alto nivel. EL CCS IDE incluye un poderoso editor de C, debugger, líneas de comando PCB, PCM, PCH y PCD, un terminal de comunicación serial perfecto, generación de estadísticas y más.
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-DESARROLLO Y METODOLOGIA. La simulación de los circuitos se realizó en ISIS PROTEUS. Los diagramas se muestran en este reporte están indicados.
La programación se hizo en el PIC C COMPILER. adelante.
Y esta se explica
más
RESULTADOS OBTENIDOS. Nuestro seguidor de línea que consta de 8 sensores ópticos mencionadas en como los QDR1114 y la utilización de componentes discretos como lo son: transistores, resistencias. Su funcionamiento es que el LED emisor del sensor se alimenta a través de una resistencia Ω, cuando una superficie reflectante como el color blanco de la superficie por donde se moverá el rastreador, refleja la luz del led emisor, el fototransistor contenido en el sensor baja su resistencia interna entre Colector y Emisor con lo cual conduce la corriente que hace que también entre en conducción el transistor que estaba polarizado a masa por medio de otra resistencia.
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El otro transistor sirve para invertir la señal para que de este modo se desactive el motor cuando ve blanco y se ponga en marcha cuando ve negro el sensor, con lo que al activarse transitor1 hace que se active el 2 cortando a el transistor 3 con él, ya que este último estaba activo porque esta polarizado por una tercera resistencia R3, con lo cual lo que ha pasado es que la salida del motor se ha desactivado cuando el sensor a detectado una superficie reflectante, en estado de reposo la salida estará siempre activa y el tercer transistor conduciendo..
-FUNCIONAMIENTO. -Todos los seguidores de línea se basan su funcionamiento en los sensores en este caso los QRD1114. Aunque, también dependiendo de la complejidad del recorrido, el robot debe ser más o menos complejo (y, por ende, utilizar más o menos sensores). Nuestro rastreador tiene 8 de los sensores de luz QRD1114, ubicados en la parte inferior de la estructura de nuestro carro que construimos con LEGOS, los sensores QRD1114 los colocamos 4 en un lado (izquierda de la estructura parte frontal) y 4 del otro lado (derecha de la estructura parte frontal.) Uno junto al otro. Cuando uno de los 8 sensores detecta el color negro va derecho nuestro carro seguidor por la pista blanca, y si detecta blanco es que significa que el robot está saliendo de la línea blanca por ese lado. -Cuando ocurre esto, En ese momento, el robot gira hacia el lado contrario de donde se está saliendo hasta que vuelve a estar sobre la línea blanca. Esto en el caso de los seguidores de línea blanca como el nuestro, ya que también hay seguidores de línea negra. -Utilizamos transistores y un sistema mínimo para la parte digital. Y programación para el PIC (micro controlador) que controla los sensores. Estas partes y componentes se explican a continuación.
EL PIC SE PROGRAMA PARA QUE LOS SENSORES FUNCIONEN ADECUADAMENTE, EL PROGRAMA SE MUESTRA ACONTINUACION:
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PROGRAMA DEL SEGUIDOR DE LINEA.
#include <16F873a.h> #FUSES NOWDT //No Watch Dog Timer #FUSES HS //High speed Osc (> 4mhz for PCM/PCH) (>10mhz for PCD) #use delay(clock=20000000) #byte #byte #byte #byte int1 int1 int1 int1 int1 int1
TRISA = 0X85 PORTA = 0X05 TRISB = 0x86 PORTB = 0x06
sensor_1 sensor_2 sensor_3 sensor_4 sensor_5 sensor_6
= = = = = =
0; 0; 0; 0; 0; 0;
void main() { TRISB = 0xFF; TRISA = 0XFF; setup_timer_2 (T2_DIV_BY_16, 200, 16 ); setup_ccp1 (CCP_PWM); setup_ccp2 (CCP_PWM); while(true) { sensor_1 = bit_test(portb,0); sensor_2 = bit_test(porta,0); sensor_3 = bit_test(portb,1); sensor_4 = bit_test(porta,1); sensor_5 = bit_test(portb,2); sensor_6 = bit_test(porta,2);
if(sensor_1 == 0 && sensor_2 == 0 && sensor_3 == 0 && sensor_4 == 0 && sensor_5 == 0 && sensor_6 == 0)//Recto { set_pwm1_duty (180); set_pwm2_duty (180); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 1 && sensor_2 == 0 && sensor_3 == 0 && sensor_4 == 0 && sensor_5 == 0 && sensor_6 == 0)// Izq { set_pwm1_duty (180); set_pwm2_duty (144); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 1 && sensor_2 == 0 && sensor_3 == 1 && sensor_4 == 0 && sensor_5 == 0 && sensor_6 == 0)//Izq {
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Seguidor de Línea. set_pwm1_duty (180); set_pwm2_duty (72); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 1 && sensor_2 0)//vuelta Izq { set_pwm1_duty (180); set_pwm2_duty (36); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 0 && sensor_2 0)//Derecha { set_pwm1_duty (144); set_pwm2_duty (180); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 0 && sensor_2 0)//vuelta Izq { set_pwm1_duty (72); set_pwm2_duty (180); delay_ms(5); } if(sensor_1 == 0 && sensor_2 1)//vuelta Izq { set_pwm1_duty (36); set_pwm2_duty (180); delay_ms(5); }
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== 0 && sensor_3 == 1 && sensor_4 == 0 && sensor_5 == 1 && sensor_6 ==
== 1 && sensor_3 == 0 && sensor_4 == 0 && sensor_5 == 0 && sensor_6 ==
== 1 && sensor_3 == 0 && sensor_4 == 1 && sensor_5 == 0 && sensor_6 ==
== 1 && sensor_3 == 0 && sensor_4 == 1 && sensor_5 == 0 && sensor_6 ==
} }
CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL SEGUIDOR DE LINEA. -Estos robots pueden variar desde los más básicos (van tras una línea única) hasta los robots que recorren laberintos. Todos ellos, sin embargo, poseen (por lo general) ciertas partes básicas comunes entre todos, que se muestran en el marco teórico a continuación.
MARCO TEORICO
Sensores: Un rastreador detecta la línea a seguir por medio de sensores. Hay muchos tipos de sensores que se pueden usar para este fin; sin embargo, por razones de costos y practicidad los más comunes son los sensores infrarrojos (IR), que normalmente constan de un LED infrarrojo y un fototransistor. O bien fotodiodo o fototransistor. QRD1114.
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Motores: El robot se mueve utilizando motores. Dependiendo del tamaño, el peso, la precisión del motor, entre otros factores, éstos pueden ser de varias clases: motores de corriente continua, motores pasos a paso o servomotores. (En nuestro caso se utilizaron 2 motores a pasos capacidad de carga de 3kg/cm^2).
Ruedas: Las ruedas del robot son movidas por los motores. Normalmente se usan ruedas de materiales anti-deslizantes para evitar fallas de tracción. Su tamaño es otro factor a tener en cuenta a la hora de armar el robot. (Llamada rueda loca)
Fuente de energía: El robot obtiene la energía que necesita para su funcionamiento de baterías o de una fuente de corriente alterna, siendo esta última menos utilizada debido a que le resta independencia al robot. (Pila de 9v).
Transistor: Es un dispositivo electrónico utilizado tanto a nivel de circuitos discretos como integrados, existen dos clases de transistores que son el PNP y NPN.
Motor Corriente Continua: El motor eléctrico es un dispositivo electromotriz, esto quiere decir que convierte la energía eléctrica en energía motriz. Todos los motores disponen de un eje de salida para acoplar un engranaje, polea o mecanismo capaz de transmitir el movimiento creado por el motor.
Resistencia: Propiedad de un objeto o sustancia que hace que se resista u oponga al paso de una corriente eléctrica. La resistencia de un circuito eléctrico determina —según la llamada ley de Ohm — cuánta corriente fluye en el circuito cuando se le aplica un voltaje determinado.
Diodo Led: Un diodo es un componente electrónico a través del cual la corriente pasa en un solo sentido. Los diodos emisores de luz (LED, acrónimo de LightEmitting Diode) son semiconductores que generan luz al pasar una corriente a través de ellos.
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TIP 120: Son componentes activos, capaces de “amplificar” una corrient e pequeña que circula entre base y emisor, “copiando” su forma para modular una co rriente mucho más grande entre Colector y emisor. Otro importante entre sus múltiples usos es el de actuar como interruptor electrónico, controlando la conexión y desconexión de una carga relativamente grande mediante una pequeña corriente de la base. En esta configuración (conocida como saturación/corte) es la que se los suele utilizar con micro controladores.
Estructura básica Sistema mínimo: La toma de decisiones y el control de los motores están generalmente a cargo de un micro controlador. La tarjeta de control contiene dicho elemento, junto a otros componentes electrónicos básicos que requiere el micro controlador para funcionar. Un microprocesador por sí mismo no es capaz de realizar tarea alguna, es necesario hardware de soporte; los elementos mínimos que requiere son: Una fuente de alimentación Un circuito de reloj Dispositivos de memoria Interfaz o módulo de entrada y salida (E/S) La implementación de todo este hardware constituye lo que se conoce como sistema mínimo, el siguiente diagrama corresponde a un sistema basado en la estructura de Von Newman. Sus bloques básicos son los siguientes:
Microprocesador o CPU (Central Process Unit) PIC, formado por los bloques principales: Unidad de Control y Unidad de Proceso. Memoria, dispositivos o circuitos donde residen los códigos de las instrucciones del programa y los datos. Módulos E/S, dispositivos o circuitos encargados de recibir y entregar información entre el CPU y la aplicación.
Sensores: Un rastreador detecta la línea a seguir por medio de sensores. Hay muchos tipos de sensores que se pueden usar para este fin; sin embargo, por razones de costos y practicidad los más comunes son los sensores infrarrojos (IR), que normalmente constan de un LED infrarrojo y un fototransistor.
Motores: El robot se mueve utilizando motores. Dependiendo del tamaño, el peso, la precisión del motor, entre otros factores, éstos pueden ser de varias clases: motores de corriente continua, motores paso a paso o servomotores.
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Ruedas: Las ruedas del robot son movidas por los motores. Normalmente se usan ruedas de materiales anti-deslizantes para evitar fallas de tracción. Su tamaño es otro factor a tener en cuenta a la hora de armar el robot.
Fuente de energía: El robot obtiene la energía que necesita para su funcionamiento de baterías o de una fuente de corriente alterna, siendo esta última menos utilizada debido a que le resta independencia al robot.
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Sensor Infrarrojo QRD1114
Descripción del sensor: Este sensor utiliza un diodo emisor infrarrojo en combinación con un fototransistor infrarrojo para detectar las señales infrarrojas. Sirve para detectar transiciones Negro-Blanco (robots sigue-líneas) o para detectar objetos cercanos (0.5 a 1 cm).
PIC 16F873A
Es el micro controlador programable en el cual se procesa la información proveniente de los sensores.
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ETAPA DE POTENCIA. TIP 120. -Para la etapa de potencia utilizamos 2 T120 los cuales hacen que la corriente no sea demanda toda por el PIC a su vez entrega un voltaje mayor y suficiente para que los motores trabajen de forma adecuada y giren más rápido. Asi que esto separa las etapas de potencia.
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Este es el circuito de la etapa de potencia. Dónde vas los 2 TIP 120.
-AHORA SE MUESTRA EL CIRCUITO QUE SE USO PARA ARMAR EL SEGUIDOR.
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Esta es la tarjeta de desarrollo del sistema minimo.
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VENTAJAS DEL ESQUEMA
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- Bajos costos a la hora de adquirir los componentes. - Fácil manejo del control de los motores de CC. - Simplicidad del circuito. - Velocidad. Esta etapa de potencia descrita anteriormente es responsable de las siguientes tareas: - Manejo de activación y desactivación de los motores de CC adecuadamente ya que si esta no sería suficiente el voltaje. -Sensores reconozcan la pista por donde va a transitar el seguidor de línea.
FOTOS DEL SEGUIDOR DE LINEA CONSTRUIDO.
Parte inferior de carro seguidor. (Se observa las placas de los sensores QRD1114).
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Parte superior del carro seguidor. (Se observa sistema mínimo)
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Imagen Frontal del carro seguidor.
Imagen Superior - Lateral del carro seguidor.
Parte trasera del carro seguidor.
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CONCLUSIONES - Se realizó una recopilación de datos sobre todos los componentes que van a ser utilizados en este proyecto, lo cual permitió tener una idea más clara y detallada para la elaboración de la etapa de potencia. - Se obtuvo un conocimiento más preciso sobre el funcionamiento y desarrollo del sistema a implementar. - Dentro del tiempo de desarrollo del proyecto logramos centrarnos en objetivos puntuales como es la elaboración de la Etapa de Potencia como punto fundamental y consecuente de la producción del proyecto ya que esta hace parte del diseño y la aplicación que se encuentra entre la estructura funcional del sistema. - Tener siempre claro los objetivos propuestos.
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