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SEGUIDOR DE LÍNEA 1. ANTECEDENTES Los circuitos electrónicos desde su invención fueron resolviendo problemas inherentes a la humanidad, en el quehacer diario podemos aplicar gracias a la electrónica circuitos que nos facilitan el acceso a nuevas tecnologías que mejoran nuestra calidad de vida. Los robots seguidores de línea son robots muy sencillos, que cumplen una única misión: seguir una línea marcada en el suelo normalmente de color negro sobre un tablero blanco.
2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo General Diseñar un robot que funcione como un seguidor de línea con la utilización del micro controlador ATMEGA16, siguiendo una lógica de programación y armado que le permita cumplir de forma eficiente los requerimientos necesarios para que este modelo electrónico sea capaz de seguir una línea negra que este en un fondo blanco que simulara un circuito de carreras cerrado.
2.2 Objetivos Específicos
Investigar los sensores Infrarrojos.
Determinar la lógica necesaria para la elaboración del programa que gobernara al micro controlador y brindara
la lógica necesaria para el el
funcionamiento óptimo del seguidor de línea.
Seleccionar los componentes más eficientes para la fabricación del chasis, las ruedas y los motores que mejor se adecuen al modelo del seguidor de línea.
Desarrollar un seguidor de línea utilizando el ATMEGA16, que sea capaz de cumplir su función de forma correcta, por medio de un programa que sea eficiente y gobierne al robot adecuadamente.
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3. MARCO TEÓRICO 3.1 Microcontrolador Un microcontrolador (abreviado μC, UC o MCU) es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: Unidad computadora: Unidad Central de Procesamiento, Memoria y Periféricos de Entrada/Salida. de Entrada/Salida. Algunos microcontrol microcontroladores adores pueden pueden utilizar utilizar palabras de cuatro bits bits y, funcionan funcionan a velocidad de reloj con frecuencias tan bajas como 4 kHz, con un consumo de baja potencia (mW o micro vatios). vatios) . Por lo general, tendrá la capacidad para mantener la funcionalidad a la espera de un evento como pulsar un botón o de otra interrupción, el consumo de energía durante el sueño (reloj de la CPU y los periféricos de la mayoría) puede ser sólo nano vatios, lo que hace que muchos de ellos muy adecuados para aplicaciones con batería de larga duración. Otros microcontroladores pueden servir para roles de rendimiento crítico, donde sea necesario actuar más como un procesador digital de señal (DSP), con velocidades de reloj y consumo de energía más altos.
3.1.1 ATMEGA16 El ATmega164P/324P/644P es un microcontrolador CMOS de 8 bits de bajo consumo basado en la arquitectura RISC mejorada. Sus instrucciones se ejecutan en un ciclo de máquina, el ATmega164P / 324P / 644P consigue transferencia de información alrededor de 1 MIPS por MHz admitido por el sistema, permitiendo al diseñador del sistema optimizar el consumo de energía versus la velocidad de procesamiento
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Figura 2: Pinout ATMEGA16
3.2 Sensor Seguidor de Línea CNY70 3.2.1 Descripción El CNY70 es un sensor de infrarrojos de corto alcance basado en un emisor de luz y un receptor, ambos apuntando en la misma dirección, y cuyo funcionamiento se basa en la capacidad de reflexión del objeto, y la detección del rayo reflectado por el receptor.
.Figura 3: Empaquetado de Sensor CNY70
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El CNY70 tiene cuatro pines de conexión. Dos de ellos se corresponden con el ánodo y cátodo del emisor, y las otras dos se corresponden con el colector y el emisor del receptor.
Figura 4: Circuito del Sensor CNY70
3.3 Regulador de Voltaje - L7805 CV Es un regulador fijo de 5V. Tiene una capacidad máxima de 1 Ampere y soporta hasta 40VDC en la entrada. Tiene 3 patas: la de la izq. es la entrada, la del centro es negativo y la de la derecha es la salida (+5V). Es muy confiable y requiere de un disipador de calor si la tensión de entrada es muy alta con respecto a la salida, ó si la corriente se llega a aproximar al límite. Requiere que la entrada sea cuando menos de 7 u 8V para que regule a 5V.
Figura 5: Regulador de Voltaje L7805 CV
3.4 Puente H Un Puente H
es un circuito electrónico que permite a un motor eléctrico
DC girar en ambos sentidos, avance y retroceso. Son ampliamente usados en robótica en robótica y como convertidores de potencia. Los puentes H están disponibles como circuitos integrados, integrados, pero también pueden construirse a partir de componentes discretos. 4
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Cuando los interruptores S1 y S4 están cerrados (y S2 y S3 abiertos) se aplica una tensión positiva en el motor, haciéndolo girar en un sentido. Abriendo los interruptores S1 y S4 (y cerrando S2 y S3), el voltaje se invierte, permitiendo el giro en sentido inverso del motor.
Figura 6: Diagrama de Puente H
3.5 Motor DC El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica continua en mecánica, provocando un movimiento rotatorio. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con
motores eléctricos que no
producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales. Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica su uso ha disminuido en gran medida, pues los motores de corriente alterna, del tipo asíncrono, pueden asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto los motores de corriente continua se siguen utilizando en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Su principal inconveniente, el mantenimiento, muy caro y laborioso. 5
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4. MARCO PRACTICO Para el diseño, construcción y presentación del presente seguidor de línea se utilizaron materiales que previamente fueron seleccionados selecciona dos por medio de parámetros
mencionados y según los requerimientos del modelo circuital,
la elaboración del
robot que detecta líneas negras por medio de sus
sensores se llevó a cabo siguiendo un procedimiento lógico y sistemático, los materiales, y el procedimiento del armado del
circuito y el robot se los
menciona a continuación.
4.1Materiales 4.1 Materiales
Una fuente de alimentación de 6 voltios DC para el Circuito del MCU (Pilas Recargables).
Una batería de 9 voltios para alimentar a los motores y al puente H.
Conectores de entrada y salida.
Regulador de de Voltaje - L7805 CV
Puente H
ATMEGA16
Protoboard
Sensor CNY70
Motores DC con Engranajes Reductores
Rueda Giratoria 360
4.2 Programa ATMEL ESTUDIO #define motor1 PORTD #define motor2 PORTB #define time delay_ms(1) int s1, s2; void main() { DDRD=255; DDRB=255; DDRA=0;
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while(1) { s1=PORTA&1; s2=PORTA&2; if (s1==1 && s2==2)//ADELANTE { motor1=2; motor2=2; time; } if (s1==0 && s2==2)//DERECHA { motor2=1; motor1=2; time; } if (s1==1 && s2==0)//IZQUIERDA { motor2=2; motor1=1; time; } if (s1==0 && s2==0)//ATRAS { motor1=1; motor2=1; time; } } }
4.4 Procedimiento
Primeramente se arma el circuito diseñado en un protoboard para comprobar su correcto funcionamiento.
realizar la base del seguidor de línea que que en nuestro caso es una base de plástico.
Una vez teniendo ya la base, procedemos a pegar los motores y la rueda giratoria a esta para que de esta forma nuestro seguidor obtenga su apoyo y movimiento respectivo, los motores que utilizamos son de engranajes 7
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reductores lo que les brinda mayor fuerza de movimiento y son DC. Sujetamos las ruedas a las respectivas bases de los motores para que estas tengan movilidad, además teniendo especial cuidado de pegarlas justo en el centro para que no existan movimientos que perturben perturben al seguidor de línea especialmente a los sensores.
En la parte inferior del seguidor de línea con la ayuda de conectores de entrada procedemos a poner los sensores los cuales estarán uno al lado del otro y en la parte central.
Para finalizar sujetamos todas las partes de forma correcta, verificamos las conexiones realizadas, procedemos a poner las pilas, las baterías, insertamos el ATMEGA16 que previamente fue grabado con el programa en el protoboard obtenemos a nuestro seguidor de línea.
5. CONCLUSIONES Habiendo desarrollado y concluido el proyecto del Seguidor de Línea para la materia de Sistemas de Microprocesadores
se han obtenido las siguientes
conclusiones:
El objetivo principal de este trabajo es realizar el diseño, simulación e implementación
de
un
seguidor
de
línea
y
verificar
su
óptimo
funcionamiento. Después de completar la implementación y la ejecución de las pruebas del robot mencionado en el simulador Proteus y su posterior implementación se puede declarar que el objetivo de este proyecto ha sido alcanzado.
Se comprobó el funcionamiento práctico del ATMEGA16 como el cerebro de este robot llegando a verse su eficiente trabajo en cada paso de la toma de decisiones del seguidor de línea.
Se pudo apreciar que cuanto mayor es el voltaje voltaje de alimentación hacia los motores su velocidad aumenta, pero esto trae consigo la inestabilidad por lo que es necesario hallar el punto de equilibrio ideal para alimentar dicha parte
del
circuito
y
obtener
un
mejor
rendimiento
mejorando
significativamente el tiempo de recorrido.
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6. RECOMENDACIONES A continuación continuación se nombran algunas recomendaciones recomendaciones surgidas surgidas a partir de observaciones identificadas durante el desarrollo del presente proyecto:
Ubicar los sensores a una distancia adecuada ni tan cerca ni muy lejos para su correcto funcionamiento.
Es relevante saber las configuraciones, configuraciones , pinout del chip integrado de puente H, los sensores y del MCU además saber implementarlas correctamente para eludir errores de funcionamiento.
Se recomienda utilizar pilas recargables, puesto que en la práctica estas demostraron durar más que las pilas comunes, en cambio en las baterías la marca Duracell fue que nos dio mejores resultados.
7. BIBLIOGRAFÍA
http://www.atmel.com/images/doc2466.pdf
http://www.info-ab.uclm.es/labelec/Solar/Otros/Infrarrojos/sensor_cny70.htm
http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_H_%28electr%C3%B3nica%29
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/LM/LM7805.pdf
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