UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA
INGENIERIA EN TELECOMUNICACIONES
ROBOT SEGUIDOR DE LUZ Presentado por:
Evelyne D. Hinojosa Méndez
6° Semestre
Edwin Cruz Rocha
6° Semestre
Tutor: Ing. Aldo Arano Suarez 1
Integrantes
Evelyne D. Hinojosa Mendez
Edwin Cruz Rocha
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INDICE 1. RESUMEN EJECUTIVO DEL TRABAJO ............................................................................... 2 2. INTRODUCCION O ANTECEDENTES .................................................................................. 2 3. FORMULACION DEL PROBLEMA....................................................................................... 3 4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION................................................................................... 3 4.1. OBJETIVO GENERAL........................................................................................................ 3 4.2. OBJETIVOS ESPECIFICO.................................................................................................. 3 5. MARCO TEÓRICO.................................................................................................................... 4 5.1. ROBÓTICA .......................................................................................................................... 4 5.2. AMPLIFICADORES OPERACIONALES .......................................................................... 4 5.3. LÓGICA COMBINACIONALES........................................................................................ 5 5.4. PUENTE “H”(CI)L293D...................................................................................................... 6 6. MARCO PRÁCTICO O MARCO PROPOSITIVO................................................................... 6 6.1. DISEÑO................................................................................................................................ 6 6.2. CIRCUITO DISEÑADO...………………………………………………………………. 10 6.3. SIMULACIÓN DEL CIRCUITO....................................................................................... 11 6.4 CONSTRUCCIÓN O IMPLANTACIÓN DEL PROTOTIPO .......................................... 12 7. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES........................................................................ 14 8. BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................... 14 9. ANEXOS................................................................................................................................... 15
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ROBOT SEGUIDOR DE LUZ 1. RESUMEN EJECUTIVO DEL TRABAJO Los robots reducen el trabajo del hombre, costos y tiempo en la vida empresarial, trabajan con eficiencia y en periodos largos de tiempo. El presente proyecto consiste en el diseño, simulación y construcción de un robot capaz de seguir la luz, aplicando la teoría de la materia de Electrónica II y Sistemas digitales. Los componentes empleados para la construcción de este prototipo son componentes electrónicos básicos de fácil acceso en el mercado local. Es importante aclarar que en cuanto a nuestro prototipo (robot) se le dio más importancia la parte de la operatividad y funcionalidad, muy por encima del diseño, carcasas y molde. El robot sigue luz implementado en forma práctica cumple con los requerimientos de diseño planteados. Es aceptable en cuanto a su funcionamiento. A pesar de no contar con laboratorios se puede desarrollar prototipos que refuerzan el aspecto teórico de las materias de la carrera. Sin embargo es importante considerar la implementación de laboratorios para el ,mejor aprovechamiento de las materias. En ese sentido se sugiere con énfasis la búsqueda de recursos para hacer realidad los laboratorios respectivos. 2.
INTRODUCCION O ANTECEDENTES.El primer paso fue conocer el funcionamiento de cada componente que constituye al robot, así como crear el circuito eléctrico que rige la lógica del robot, con ayuda de la investigación y documentación. El presente proyecto se trata básicamente de reforzar los conocimientos teóricos de la materia de electrónica II, sistemas digitales, implementando la parte práctica para lo cual se realizó el diseño del robot sigue luz en función a los amplificadores operacionales utilizándolos como comparadores, se uso lógica combinacional, específicamente mapas K para el diseño del circuito controlador. Para luego simular el circuito diseñado en el programa Isis 7 Professional (proteus). Es importante mencionar que los alumnos participantes en este proyecto tienen conocimientos limitados de robótica, la idea del proyecto surgió del interés e inquietud de los alumnos por profundizar en estas áreas.
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3. FORMULACION DEL PROBLEMA.Los robots seguidor de luz que se muestran en internet muestran solamente el control de dirección de avance y muy pocos explican la teoría detrás de ellos. Esto constituye un problema para los estudiantes que se inclinan a realizar esta clase de proyectos. No se puede negar que el trabajo práctico en laboratorio proporciona la experimentación y el descubrimiento y evita el concepto de “resultado correcto” que se tiene cuando se aprenden de manera teórica, es decir, sólo con los datos procedentes de los libros. Sin embargo, el uso de laboratorios requiere de tiempo adicional al de una clase convencional, por ejemplo, para descubrir y aprender de los propios errores.[1]
4. OBJETIVOS DE LA INVESTIGACION.4.1 OBJETIVO GENERAL.Construir un robot seguidor de luz, que funcione mediante los amplificadores operacionales (utilizándolos como comparadores) también usando componentes básicos de (electrónica II). 4.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Diseñar un prototipo de un robot sigue luz aplicando la teoría de la materia de Electrónica II. Simular el funcionamiento de un robot sigue luz en el software de desarrollo electrónico Isis 7 Professional (Proteus).
Construir el robot sigue luz.
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5. MARCO TEORICO.-
“Solamente a un sistema motorizado que tome decisiones mediante sensores se le puede llamar robot.”
5.1 ROBOTICA. La robótica es la ciencia y la tecnología de los robots. Se ocupa del diseño, manufactura y aplicaciones de los robots. La robótica combina diversas disciplinas como son: la mecánica, la electrónica, la informática, y la ingeniería de control. Los robots seguidores de luz cumplen una única misión: seguir la luz que mandemos para poder controlarlo. Estos robots pueden variar desde los más básicos (van tras la luz) hasta los más avanzados, sin embargo, poseen (por lo general) ciertas partes básicas comunes entre todos:
5.2 AMPLIFICADOR OPERACIONAL (1) Los amplificadores operacionales son amplificadores diferenciales con acoplamiento dc de muy alta ganancia. Para hacerse una idea de su funcionamiento se puede pensar en el amplificador diferencial clásico con componentes discretos, con sus dos entradas y una sola salida, como prototipo, aunque a decir verdad los amplificadores operacionales reales tienen ganancias mucho mayores (valores típicos 10 ^ 5 a 10 ^ 6) e impedancia de salida menor, y permiten a la salida barrer el rango de voltajes casi completo de la alimentación (Usualmente se usan fuentes bipolares de ±15V). En el caso del robot sigue luz utilizamos el amplificador operacional como comparador. En este circuito, se alimenta el amplificador operacional con dos tensiones +Vcc = 15V y -Vcc = -15 V. Se conecta la patilla V+ del amplificador a masa (tierra) para que sirva como tensión de referencia, en este caso 0 V. A la entrada V- del amplificador se conecta una fuente de tensión (Vi) variable en el tiempo, en este caso es una tensión sinusoidal.
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Hay que hacer notar que la tensión de referencia no tiene por qué estar en la entrada V+, también puede conectarse a la patilla V-, en este caso, se conectaría la tensión que queremos comparar con respecto a la tensión de referencia, a la entrada V+ del amplificador operacional. A la salida (Vo) del amplificador operacional puede haber únicamente dos niveles de tensión que son en este caso 15 o -15 V (considerando el AO como ideal, si fuese real las tensiones de salida serían algo menores). Cuando la tensión sinusoidal Vi toma valores positivos, el amplificador operacional se satura a negativo; esto significa que como la tensión es mayor en la entrada V- que en la entrada V+, el amplificador entrega a su salida una tensión negativa de -15 V.
Esta es una aplicación sin la retroalimentación. Compara entre las dos entradas y saca una salida en función de qué entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lógicos.[2]
5.3 COMPUERTAS LOGICAS Las compuertas son bloques del hardware que producen señales en binario 1 ó 0 cuando se satisfacen los requisitos de entrada lógica. Las diversas compuertas lógicas se encuentran comúnmente en sistemas de computadoras digitales. Cada compuerta tiene un símbolo gráfico diferente y su operación puede describirse por medio de una función algebraica. Las relaciones entrada - salida de las variables binarias para cada compuerta pueden representarse en forma tabular en una tabla de verdad.[3] Un mapa de karnaugh es un diagrama utilizado para la simplificación de funciones algebraicas Booleanas, los mapas de karnaugh reducen la necesidad de hacer cálculos externos para la simplicacion de expresiones booleanas consiste en una represntacion bidimensional de la tabla de verdad de la función a simplificar, puesto que la tabla de verdad en una función de N variables posee 2N filas, el mapa K correspondiente debe poseer también 2N cuadrados.[4] 7
5.4 CIRCUITO INTEGRADO (CI) L293D (2)
Los circuitos individuales se pueden usar de manera independiente para controlar cargas de todo tipo y, en el caso de ser motores, manejar un único sentido de giro. Pero además, cualquiera de estos cuatro circuitos sirve para configurar la mitad de un puente H. 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. El integrado permite formar, entonces, dos puentes H completos, con los que se puede realizar el manejo de dos motores. En este caso el manejo será bidireccional, con frenado rápido y con posibilidad de implementar fácilmente el control de velocidad.[5]
6.- MARCO PRÁCTICO O MARCO PROPOSITIVO
Introducción En este punto se muestra: el diseño, el circuito diseñado la simulación del circuito diseñado y la implementación del circuito. 6.1 Diseño Aplicando la materia de sistemas digitales y mediante los mapas de karnout diseñamos el siguiente circuito. Los mapas de karnout nos sirven para la reducción de compuertas lógicas
ADELANTE
ATRÁS
DERECHA
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IZQUIERDA
TABLA DE VERDAD PARA A1
#
Ader
Ad
Aizq
A
B1
A2
B2
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
2
0
1
0
1
0
0
0
3
0
1
1
1
0
0
1
4
1
0
0
0
0
1
0
5
1
0
1
0
0
0
0
6
1
1
0
1
0
1
0
7
1
1
1
0
0
0
0
A1=
Ad
RESOLUCION
A1=
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TABLA DE VERDAD PARA B1
#
Ader
Ad
Aizq
A
B1
A2
B2
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
2
0
1
0
1
0
0
0
3
0
1
1
1
0
0
1
4
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0
0
0
0
1
0
5
1
0
1
0
0
0
0
6
1
1
0
1
0
1
0
7
1
1
1
0
0
0
0
RESOLUCION
A2= A2=
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TABLA DE VERDAD PARA A2
#
Ader
Ad
Aizq
A
B1
A2
B2
0
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
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0
0
1
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1
0
1
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0
0
3
0
1
1
1
0
0
1
4
1
0
0
0
0
1
0
5
1
0
1
0
0
0
0
6
1
1
0
1
0
1
0
7
1
1
1
0
0
0
0
RESOLUCION
B2= B2=
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6.2 Circuito diseñado Luego de los resultados obtenidos mediante los mapas de karnout diseñamos el circuito.
Fig. 1 Esquema de las compuestas lógicas
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6.3 SIMULACIÓN DELCIRCUITO
Se realizo la simulación del circuito mediante el programa Isis 7 Professional (Proteus)
Fig. 2 Circuito de los sensores en simulación.
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Fig. 3 Circuito lógico en simulación. 6.4. Construcción o implantación del prototipo
Fig.4 Fotografía de los sensores montados en placa universal. 14
Fig. 5 Fotografía del circuito lógico montado en protoboard
Fig. 6 Circuito terminado del robot seguidor de luz 7.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 15
Se diseñó e implementó, un robot seguidor de luz y de acuerdo a los objetivos trazados llegamos a la conclusión que el funcionamiento del robot cumple la meta propuesta. Se demostró que a pesar de que se usaron componentes básicos de electrónica son suficientes para realizar un proyecto interesante y vistoso. El robot cumple las expectativas esperadas atreves de la simulación, construcción y funcionamiento. Pero al no contar con un laboratorio se presentaron muchas dificultades como ser la falta de material de trabajo, la comodidad ya que un hogar no es apto para la realización de este tipo de trabajos por lo que tuvimos varios inconvenientes una que mencionaremos es nuestro puente H que probamos primeramente con un circuito integrado L293D el cual no resulto como esperábamos por esta razón obtamos por utilizar el puente H del auto de juguete y resulto como esperábamos. Se logro todos los objetivos con nuestros propios medios pero sería muy diferente si contáramos con un laboratorio ya que nos facilitaría la realización del proyecto.
8.- BIBLIOGRAFÍA [1] Revista Construcción y tecnología,2006, articulo “la importancia de los laboratorios”, disponible en: www.imcyc.com [2] «http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Amplificador_operacional&oldid=51251576» [3] Análisis y diseño de circuitos lógicos digitales -autores: Víctor P. Nelson, H Troy Tagle, Entro otros. -Editorial: PHH Prentice Hall ipoamericana. -Edicion: 1er 1996 [4] http//www_extremeelectronics_co_in-avrtutorials-images-motor-controller [5] http//www2_bp_blogspot_com_YcoaddtwQVw-TEmRyLzWVAI-AAAAAAAAADQMIBw9Zs_U1o-s320-func_logicas
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9.- ANEXOS (1)
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