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Descripción del proyecto
Circuito:
En este proyecto se desarrolló una baquelita de fibra que conforma el cuerpo
del carro velocista, en esta baquelita se encuentran las pistas que unen los
diversos periféricos.
Para elegir la distribución de estos componentes se tomó en cuenta 2
criterios básicos, el primero fue la simetría, para distribuir de manera uniforme
el peso sobre el cuerpo del carro, y el segundo criterio fue la facilidad para
realizar las conexiones.
La mayoría de los componentes se encuentran sobre el eje central del carro,
de esta manera resulta más fácil balancear el peso, además, se intentó colocar
los componentes más pesados cercanos al eje de los motores, favoreciendo la
tracción del carro.
Se seleccionó un PIC18F26k20 por ser un microprocesador con la cantidad
suficiente de pines para controlar todos los dispositivos necesarios para el
funcionamiento del carro, además de que posee un PLL interno que ayuda a
aumentar considerablemente la velocidad del microprocesador permitiendo que
el robot realice todas las operación lo más rápido posible.
LECTURA DE LA LÍNEA
Se realizaron las configuraciones necesarias para ejecutar la lectura de la
línea, utilizando la regleta de sensores QTR-8A, la cual está formada por 8
LEDs infrarrojos dispuestos en paralelos de series y 8 fototransistores como se
muestra en la Figura 1. El funcionamiento básico de este dispositivo consiste
en sensores infrarrojos que tienen un emisor y un receptor los cuales funcionan
dependiendo de la luz reflejada, teniendo en cuenta que el color negro absorbe
las longitudes de onda de la luz, al ésta no ser reflejada el fototransistor
permanece en la región de corte, apareciendo el voltaje de Vcc en la salida del
sensor, por el contrario el color blanco refleja todas las longitudes de onda y
éstas inciden en el fototransistor, generando una corriente en la base y
permaneciendo éste en la región de saturación, por lo tanto, dependiendo del
color de la superficie en la que se refleje el voltaje a la salida de los sensores
variara entre 0 y Vcc. Basado en ello, la lectura de los sensores le permiten al
carrito seguir la línea de color negro de forma autónoma.
Figura 1. Característica de la Regleta de sensores
Figura 2. QRT – 8A
En la Figura 2, se observa la configuración física de los sensores, haciendo
notar que en nuestro caso, el PIC18F26K20 maneja niveles voltaje de 3.3 V,
por lo tanto, se cortocircuito el bypass de la regleta de sensores para que ésta
funcione a este voltaje, información que fue obtenida de la hoja de datos del
fabricante.
Seleccionamos esta regleta, ya que resulta práctica su implementación
ofreciendo suficientes sensores para obtener una correcta lectura de línea.
DRIVER DEL MOTOR
Tabla 1. Especificaciones generales
Canales de Motor
Voltaje minimo de operacion
Voltaje maximo de operacion
Corriente de salida por canal
Corriente maxima de salida por canal
Frecuencia maxima de PWM
Voltaje logico minimo
Voltaje logico maximo
2
4.5V
13.5V
1A
2A
100 kHz
2.7V
5.5V
Figura 3
Figura 4
El driver para motores nos permite controlar dos motores basándose en un
doble puente-H. Con él podemos fijar el sentido de giro e incluso gracias a una
salida tipo PWM ajustar la velocidad de giro. La fuente de alimentación para la
lógica de control (VCC) puede ser del rango de 2.7 a 5.5V, mientras que la
fuente del motor (VM) está limitada a un máximo de 15V. La corriente de salida
es de hasta 1.2A por canal (o hasta 3.2A pico).
Una tensión del motor recomendada de 4,5 V a 13,5 V y salida de corriente
máxima de 3 A por canal (1 A continuos) hace de este un gran driver para los
motores de baja potencia.
Basándonos en la hoja de datos del fabricante, se encuentra una tabla de la
verdad especificando las configuraciones necesarias en cada uno de los pines
para controlar los motores. Cada uno de los dos canales de motor tiene dos
pasadores de control de dirección y un pasador de control de velocidad que
acepta una entrada de PWM con una frecuencia de hasta 100 kHz.
Existen dos señales de entrada (IN1 y IN2 para cada uno de los canales)
pueden ser usadas para controlar el motor en uno de los cuatro modos de
maniobra posibles: CW (retroceso), CCW (avance), Short-Brake (frenado corto)
y Stop (detener). Las dos salidas de motores (A y B) pueden ser controladas de
manera separada, la velocidad de cada motor es controlada mediante una
señal PWM con una frecuencia de hasta 100kHz.
Seleccionamos este driver, ya que es el dispositivo que nos permite aportarle
de manera correcta energía a los motores.
CONFIGURACIÓN DE LOS MOTORES
Entre las características de los motores utilizados para el desplazamiento del
carrito, tenemos que es un motor DC de bajo consumo de energía con 1 caja
de engranajes de metal. Tiene una sección transversal de 10 × 12 mm, y el eje
de salida en forma de D de 9 mm de largo y 3 mm de diámetro. Están
destinados para su uso a 6 V, aunque en general, este tipo de motores pueden
funcionar a tensiones por encima y por debajo de este voltaje nominal, por lo
que pueden operar cómodamente en el rango de 3-9 V, sin embargo, tensiones
más bajas podrían no ser prácticos y voltajes más altos podrían comenzar a
afectar negativamente la vida del motor. Las dimensiones del motor se pueden
observar en la Tabla 2, y las especificaciones generales en la Tabla 3.
Tabla 2. Dimensiones
Tamaño
(10 × 12 × 26) mm
(El eje de salida suma 9 mm a la
longitud de 26 mm)
9.5 g
3 mm
Peso
Diámetro del eje
Tabla 3. Especificaciones Generales
Relación de Transmisión
9.96:1
Velocidad Máxima (rpm) a 6V
Corriente (Sin fuerza aplicada)
Corriente Máxima a 6V
Torque Máximo a 6V
Tipo de Motor
1300 rpm
40 mA
360 mA
0.2 kg.cm
0.36A a 6V
REGULADORES
Se implementaron dos reguladores, el AMS1117 y el LM78L reguladores de
3.3 V y 5 V respectivamente necesarios para obtener los niveles de voltajes
lógicos necesarios para poder alimentar los todos los componentes del circuito.
BOOST
El boost es un dispositivo convertidor DC-DC implementado para elevar los
niveles de tensión de la batería de 3.7 V hasta valores de tensión de 32 V, este
voltaje de salida es regulable y para nuestra aplicación el voltaje máximo de
operación seria 15 volt, por lo que el valor del boost pudiera ir variándose en
función de las necesidades que se presenten.
En este caso utilizamos un boost que está compuesto por el circuito
integrado XL6009 el cual posee todas las prestaciones necesarias para la
implementación de este proyecto.
MEJORAS A FUTURO
Al circuito impreso se le incorporaron algunas conexiones para incorporarle
un módulo de proximidad ultrasónico y un módulo bluetooth con el fin de
aprovechar al máximo las prestaciones del microcontrolador, e incorporarle
mejoras a futuro de manera de no limitar el proyecto, sin embargo las
recomendaciones en Hardware para estos componentes son los siguientes
módulos:
•
•
Módulo de proximidad HC-SR04
Modulo BlueTooth HC-06