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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD INGENIERÍA ELECTRÓNICA INFORME DE ELECTRÓNICA ANALÓGICA I TEMA: Seguidor de línea con transistores 4to. “G3”
ING. LUIS OÑATE INTEGRANTES: EMILIO JOSÉ ALVEAR XAVIER CARRERA JORGE GARZÓ G ARZÓNN HENRY MALES
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INFORME SEGUIDOR DE LINEA CON TRANSISTORES 1.- Objetivos: Reconocer e implementar los diferentes dispositiv disposi tivos os electrónicos elec trónicos utilizados en el armado del seguidor de línea.
Desarrollar un seguidor de línea, el cual su funcionamiento sea solo diseñado con transistores
Construir un robot seguidor de línea, que funcione mediante sensores usando componentes básicos de electrónica. elec trónica.
Realizar el circuito físico y que funcione de manera correcta, sin errores.
Realizar la parte mecánica del del seguidor y montarle elel circuito de manera que quede quede ensamblado y listo para presentar el proyecto.
Finalmente realizar la documentación del proyecto y entregarlo como proyecto pr oyecto final del semestre.
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2.- Element E lementos os necesarios: necesarios:
ELEMENTOS 2 resistencias de 680 Ω
2 resistencias de 10k Ω
2 resistencias de 2.2k Ω 2 transistores transistores BD140 2 transistores transistores BC557 2 transistores transistores BC547 1 regleta de 2 terminales terminales CI-POWER 2 regletas de 2 terminales terminales CI-MOTOR 2 sensores ópticos CNY70 2 llantas Una rueda loca
1 protoboard 2 servomotor ser vomotores es
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3.- Marco M arco Teórico: Teórico: Esta información proviene de la página web:
http://es.wikipedia.org/wi http://es.wikiped ia.org/wiki/Robot_seguidor_d ki/Robot_seguidor_de_l%C3% e_l%C3%ADnea ADnea [1] Estructura básica Estos robots pueden variar desde los más básicos (van ( 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: Sensores: Bonitos y baratos, como debe ser. Un rastreador ras treador detecta detecta la línea a seguir por medio de sensores. Hay muchos tipos de sensores que se s e pueden usar para este fin; sin embargo, por razones de costos y practicidad los más comunes son s on 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. 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 a rmar el robot. Fuente de energía: El robot robo t obtiene la energía que necesita para para su funcionamiento de baterías o de una fuente fuen te de corriente alterna, siendo esta es ta última menos utilizada debido a que le resta res ta independencia al robot. robo t.
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http://www.electronicafacil.net/t http://www .electronicafacil.net/tutoriales/El-tran utoriales/El-transistor.php sistor.php [2]
EL TRANSISTOR Dispositivo semiconductor que permite el control y la regulación de una corriente corr iente grande mediante una señal muy pequeña. Existe una gran variedad de transistores. En principio, se explicarán los bipolares. Los símbolos que corresponden a este tipo de transistor son los siguientes:
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Transistor NPN
Estructura de un transistor NPN
Transistor PNP
Estructura de un transistor PNP
Veremos mas adelante como un circuito con un transistor transistor NPN se s e puede adaptar a PNP. El nombre de estos hace referencia a su construcción como semiconductor.
1. FUNCIONAMIENTO BASICO Cuando el interruptor SW1 está abierto no circula int in tensidad por la Base del transistor por lo que la lámpara no se encenderá, ya que, toda la tensión se encuentra entre Colector y Emisor. (Figura 1).
Figura 1
Figura 2
Cuando se cierra el interruptor SW1, una intensidad muy pequeña circulará por la Base. Así el transistor disminuirá su resistencia entre Colector y Emisor por lo que pasará una in tensidad muy grande, haciendo que se encienda enc ienda la lámpara. (Figura 2). 2 ). En general: I E < IC < IB ; IE = IB + IC ; VCE = VCB + VBE
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2. POLARIZACIÓN DE UN TRANSISTOR Una polarización correcta permite el funcionamiento de este componente. No es lo mismo polarizar un transistor NPN que PNP.
Polarización de un transistor NPN
Polarización de un transistor PNP
Generalmente podemos decir que la unión base - emisor se polariza polariz a directamente y la unión base - colector colec tor inversamente. inversamente.
3. ZONAS DE TRABAJO CORTE.- No circula intensidad por la Base, Bas e, por lo que, la intensidad de Colector y Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería. ba tería. El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto. IB = IC = IE = 0; VCE = Vbat SATURACION.- Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta es ta forma, se puede decir que la tensión tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector. ACTIVA.- Actúa como amplificador. Puede P uede dejar pasar más o menos corriente. Cuando trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación. En definitiva, como si fuera un interruptor. La ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una variación de la corrien te de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus hojas de características, características , también aparece con la denominación hFE. Se expresa de la siguiente manera:
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ß = IC / IB En resumen:
VCE
Saturación ~0
Corte ~ VCC
Activa Variable
VRC
~ VCC
~0
Variable
IC
Máxima
= ICEO lang=EN-GB~ 0
Variable
IB
Variable
=0
Variable
VBE
~ 0,8v
< 0,7v
~ 0,7v
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http://www.mitecnologico.com/Main/ http://www .mitecnologico.com/Main/SensoresOpti SensoresOpticos cos [3]
SENSORES OPTICOS El término sensor se refiere a un elemento que produce en su salida una señal, relacionada con la cantidad que se está es tá midiendo, independientemente independientemente del tipo de variable de que se trate.
SENSORES Los sensores son un componente crucial a cualquier máquina que se denomine un robot. Los sensores entregan información sobre el robot y el ambiente en el cual está interactuando, al computador (cerebro) del robot. El programa computacional del robot decide que hacer basándose en esa información y en sus propias instru ins trucciones cciones de tareas tareas de alto nivel. Los sensores son elementos físicos que pertenecen a un tipo de dispositivo dispos itivo llamado transductor; los sensores son un tipo concreto concre to de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los sensores como resultado suele ser la tensión eléctrica, debido a la facilidad del trabajo con ella. A los sensores, se les debe exigir la siguiente serie de características: Exactitud. Se debe poder detectar el valor verdadero de la variable sin errores sistemáticos. La media de los errores cometidos c ometidos debe tender a cero.
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Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores aleatorios en la medición son menores. Rango de funcionamiento. El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento, funcionamien to, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y precisa un amplio abanico aban ico de valores de la magnitud correspondiente. Velocidad de respuesta. res puesta. El sensor debe responder a los cambios de la variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta respues ta fuera instantánea. Calibración. Es el proceso mediante el que se establece la relación entre en tre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor. Debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor no debe precisar una recalibración frecuente. frecuen te. Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos inesperados durante su funcionamiento. Coste. Para comprar, instalar ins talar y manejar el sensor debe ser lo más bajo posible. Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación y uso del sensor no necesitara de un aprendizaje aprendiz aje excesivo. 1.1 SENSORES ÓPTICOS En este tipo de sensores las señales que se transmiten y detectan son luminosas.
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http://es.wikipedia.org/wiki/Servomotor [4] SERVOMOTOR Un servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición. posición . 1 Un servomotor es un motor eléctrico que consta cons ta con la capacidad de ser controlado, tanto en velocidad como en posición. Los servos se utilizan frecuentemente en sistemas de radio control y en robótica, pero su uso no está limitado a estos. Es posible modificar un servomotor para obtener ob tener un motor de
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corriente continua que, si bien ya no tiene la capacidad de control con trol del servo, conserva la fuerza, velocidad y baja inercia que caracteriza Características Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, tiene un consumo de energía reducido. La corriente que requiere depende del tamaño del servo. Normalmente el fabricante indica cual es la corriente que consume. La corriente depende principalmente del par, y puede exceder un amperio si el servo está enclavado, pero no es muy alto si el servo est es tá libre moviéndose todo el tiempo.
MECÁNICA DEL SEGUIDOR CHASIS El chasis del carro seguidor de línea es la estructura destinada a brindarnos la movilidad, para su construcción se debe elegir un material resistente (acrílico, madera, lámina metálica, etc.) que soporte el peso de la batería, el sistema de control, los motores y los sensores. El diseño del chasis determina el ancho, largo y alto del carro. MOTORES
Los motores muestran la potencia y la velocidad con que se va a mover el carro, se suele utilizar motores con caja reductora que nos garanticen un buen torque, para el carro se necesitan dos motorreductores. RUEDA LOCA
La dirección del carro en la curvas y en las rectas rec tas se encuentra guiada por una rueda loca se coloca en la parte trasera del chasis.
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LLANTAS
Las llantas deben ser preferiblemente de caucho, c aucho, garantizando buena adherencia a la pista. pis ta. BATERIA
Al momento de escoger la batería es necesario saber a que voltaje y a que amperaje se va a trabajar, los elementos que consumen mayor amperaje en el carro son los sensores y los motores; con a mayor voltaje obtenemos mayor velocidad para los motores.
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DATASHEET BD140
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DATASHEE DATASHEETT BC557
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DATASHEE DATASHEETT BC547
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DATASHEE DATASHEETT CNY70
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4.-DESARROLLO DE LA PR ÁCTICA: ÁCTICA:
Descripción:
He aquí un diseño supersimple para montar un rastreador de líneas básico con 2 sensores CNY70 y componentes discretos de fácil compra en cualquier comercio de electrónica. En el esquema mostrado se puede apreciar como funciona el circuito, el led emisor del sensor CNY70 se alimenta a través de una resistencia R1 de 680 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 s ensor CNY70baja CNY70baja su resistencia interna entre Colector y Emisor con lo cual conduce la corriente corrien te que hace que también entre en conducción el transistor Q1 que estaba polarizado a masa por medio de la resis tencia R2 de 10 KΩ. Q2 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 ac tivarse Q1 hace que se active Q2 cortando a Q3 con el, ya que este ultimo estaba activo porque esta polarizado por R3, con lo cual lo que a pasado es que la salida del motor se a desactivado cuando el sensor a detectado una superficie reflectante, en est es tado de reposo repos o la salida esta es tará rá siempre activa y Q3 conduciendo. Los 2 circuitos se pueden alimentar con 4 pilas normales de 1,5V puestas en serie con lo que se obtienen 6V, dependerá del consumo de los motores elegir pilas o baterías mas potentes.
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Montaje:
El robot se compondrá de un circuito que podremos hacer fácilmente con una placa de topos o de prototipos o usando los fotolitos fo tolitos expuestos y este tendrá dos circuitos exactamente iguales uno para cada sensor-motor e irán cruzados con lo que el sensor izquierdo actuara sobre el motor derecho y el sensor derecho sobre el motor izquierdo tal como se muestra en la ilustración. Los motores tienen que ser de corriente continua y habrá que fabricarles una reductora si no disponen de ella para mover las ruedas, contra más grandes sean s ean las ruedas, mas velocidad alcanzara el robot, aunque no hay que pasarse con el diámetro d iámetro de estas porque si no en las curvas se saldrá de trayectoria, unos 6 cm. es lo ideal. Los sensores irán dispuestos mirando al suelo y a unos 2 o 3 mm de separación desde el suelo a la superficie del sensor y la separación entre ambos sensores será para que quede dentro de la línea negra que vayamos a usar como trayectoria. En mi montaje he utilizado dos servos trucados de manera que queden solo los motores CC con la reductora reduc tora o sea sin circuito circui to de control pero se puede usar cualquier motor de CC de unos 5 o 6 voltios y que no consuma demasiado para no agotar las pilas o baterías demasiado deprisa. El trazado lo podremos hacer sobre una cartulina blanca y para trazar las líneas us ar cinta aislante negra, tener cuidado en no hacer curvas demasiado cerradas ya que si el robot es muy mu y veloz (ruedas grandes) se saldrá de la trayectoria por inercia y al sacar los 2 sensores s ensores fuera de la línea no volverá a entrar (recordemos que este sistema no es microcontrolado) por lo que haremos algunas pruebas antes de trazar el camino c amino final. Funcionamiento: Pondremos el robot en la superficie de fondo blanca y lo alimentaremos, como los dos sensores están activos los motores permanecerán parados, ahora empujaremos el robot hasta la línea de trayectoria negra, al entrar uno de los sensores s ensores con la línea negra este hará que el motor del lago contrario empiece a funcionar con lo que el robo t entrara por si solo
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en la trayectoria, cuando tenga los dos sensores senso res viendo negro los 2 motores estarán en marcha con lo que el robot avanzara en línea recta, ahora bien si s i el llega a una curva y supongamos que el sensor izquierdo sale de la línea negra entonces provocara que el motor del lado contrario (motor derecho) se desactiva con lo cual el robot robo t girara a derecha (como un tanque) entrando de este modo en la línea negra otra vez... para el caso contrario pasa lo mismo pero con el o tro motor y sensor.
HOJA DE CÁLCULOS
CALCULOS:
1. TRANSISTOR BC547 I B
I B I B
V CC
V D
R 2
5
I C
I B
I C
(440uA)(190)
I C
836mA
ac1
3. TRANSISTOR BD140
0,6
10000 440uA
2. TRANSISTOR BC557
V B
I E R E
V B
(16mA)(2200)
V B
3,5V
Usamos el Par Sziklai: I B
I E
I B
I E
(440uA)(190)(200)
I E
16mA
ac1
ac 2
I B I B
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V BB
V BE
R B
3,5 0,6 2200 1,31mA
PROCEDIMIENTO 1. En primer lugar vamos a ubicar la carcasa de nuestro seguidor, en la cual ubicamos los servomotores, la batería, las llantas y la rueda loca
2. Procedemos a la conexión del circuito de nuestro seguidor en el protoboard, el cual consiste en hacer 2 circuitos similares, los cuales van a ser independientes para el correcto funcionamiento de cada lado del robot, los cuales van a sensar a cada ca da lado y van a proceder a dar movimiento a cada uno de los motores y por lo tanto al movimiento destinado.
(debemos tener en cuenta la configuración de cada uno de los elementos, sobretodo de los transistores)
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3. Vamos a ensamblar todo nuestro nues tro circuito en la carcasa ya lista para probar el correcto c orrecto funcionamiento de nuestro robot
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4. Procedemos a la realización de la línea en la pista en la cual vamos a verificar el funcionamiento de nuestro seguidor de línea.
5. VERIFICAMOS EL FUNCIONAMIENTO FUNCION AMIENTO
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TABLA DE PRECIOS PREC IOS (SEGUIDOR DE LINEA)
CANTIDAD 2 2 2 2 2 2 2 1 2 2
MATERIALES resistencias de 2.2k Ω resistencias de 10k Ω resistencias de 680 Ω
transistor BD140 transistor BC557 transistor BC547 sensor óptico CNY70 rueda loca Ruedas Servomotor
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COSTO UNITARIO $ 0.02 $ 0.02 $ 0.02 $ 0.50 $ 0.20 $ 0.15 $ 1.90 $ 4.10 $ 2.50 $ 15.00 $
COSTO TOTAL $ 0.04 $ 0.04 $ 0.04 $ 1.00 $ 0.40 $ 0.30 $ 3.80 $ 4.10 $ 5.00 $ 30.00 $ 44.72 $
CONCLUSIONES: Hacer un seguidor de línea, es uno de los más económicos, ya que solo se requiere de pocos componentes electrónicos “baratos” para realizarlo. Es preciso ubicar a una trecho optimo a los sensores del piso para que puedan desempeñarse correctam correc tamente ente Realizar con período cómodo antes de la exposición del proyecto debido que existen muchas cosas que nos pueden detener en el armado. Un inconveniente en nuestro seguidor fue precisamente con respecto al sensor, ya que hay que colocarlo correctamente ya ya que sino no se ubican donde corresponderían, el robot no hace lo esperado así as í la parte electrónica este en correcto estado Otro problema que se me presento fue a la hora de colocar los CNY70 C NY70 al parecer los coloque muy atrás en relación con los motores lo que hacía h acía que los motores pararan en el momento menos indicado, buscando por ahí encontré que había que ponerlos en paralelo con los motores y las llantas e incluso hast has ta podía ser un poco más adelante adelan te y me fue muy bien. Para cada transistor debemos saber muy bien si recibe un voltaje positivo o negativo. Debemos tomar muy en cuenta que tipo de transistor es por ejemplo si es pnp o npn. WEB-GRAFIA: Fecha de consulta: 2011-12-20
2012-01-10
2012-01-05
2012-01-12
2012-01-06
[1], taringa,”ROBOT-DE-SEGUIDOR-DE-LINEA-CON-6- TRANSISTORES”, www.taringa.net/posts/hazlo-tu-mismo/12898927/Robot-de-seguidor-de-linea-con-6transistores.html, fecha de consulta: 2011-12-20
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[2], tlalpan, “SEGUIDOR DE LÍNEA”, www.tlalpan.uvmnet.edu/oiid/download/IngInnv01-09SeguidorLinea.pdf, fecha de consulta: 2012-01-05
[3], transistorstudios, “TRANSISTORES”, www.transistorstudios.com fecha de consulta: 2012-01-06 [4], mandobots, “CONSTRUCCIÓN DE SEGUIDOR DE LÍNEA”, mandobots.jimdo.com/primeros-proyectos/construcción-del-seguidor-de-lineas/, fecha de consulta: 2012-01-10 [5], wikipedia “ROBOT SEGUIDOR DE LÍNEA”, es.wikipedia.org/wiki/Robot_seguidor_de_línea, fecha de consulta: 2012-01-12
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