ACTUALIZACIÓN 25/FEBRERO/2013
El siguiente circuito que verán a continuación posee algunas modificaciones respecto al circuito original, donde utilizo Transistores "TIP122" que son mejores que los "BD135" y además incorporo unos diodos "1N4007" de protección para cada motor DC. El diseño del PCB esta vez lo realicé en ARES-PROTEUS y los bloques de color verde son borneras para ajustar los cables de los motores DC y evitar soldarlos.
Circuito Esquemático del Seguidor de Líneas Negras modificado:
Visualización en 3D del PCB del Seguidor de Líneas Negras modificado:
Para descargar el circuito esquemático, el PCB en Ares de PROTEUS y las imágenes aquí vistas hagan clic en el siguiente enlace:
Actualización 07/Mayo/2010:
Algunas personas me han pedido por e-mail el diseño del PCB que hice del Seguidor de Líneas NEGRAS que vieron, como saben está realizado en el software "PCB WIZARD" y lo dejo al alcance de todos los que deseen armarlo. Existen 4 archivos comprimidos en WINRAR: 2 son los archivos en "PCB Wizard" tanto el esquema y el PCB y los restantes son archivos en PDF para que puedan imprimirlo y hagan su PCB sin problemas.
CONTRASEÑA: www.pavdre.blogspot.com
1) INTRODUCCIÓN:
Es uno de mis primeros proyectos y no fue tan difícil de armarlo, lo que sí fue un poco complicado fue lograr polarizar bien los sensores pues como sabrán mayormente se utiliza los sensores CNY70.
Hay que tener mucho cuidado con este sensor debido a que si se conecta de manera incorrecta, echaremos a perder totalmente el sensor.
2) SENSOR DEL ROBOT: EL FAMOSO CNY70
Como se puede observar, el sensor CNY70 posee internamente un diodo emisor de luz, en este caso infrarrojo, y un fototransistor que al recibir la luz infrarroja del emisor nos proporcionará una señal que nos indica la presencia una superficie blanca u oscura. El fototransistor recibirá la mayor cantidad de luz infrarroja al rebotar sobre una superficie clara mientras que si rebota sobre una superficie oscura obtendremos una mínima cantidad de luz infrarroja. Entonces para ambos casos tendremos 2 lecturas disitintas que pueden ser tratadas con algunos circuitos para obtener señales digitales ya que el sensor nos entregará señales analógicas.
3) CIRCUITO Y FUNCIONAMIENTO DEL ROBOT:
Una manera de obtener señales digitales es usando el C.I. 40106 que es un disparador Trigger Schmitt y otra manera es usando un C.I. LM358 en modo comparador. En este caso utilizaremos el LM358 para este proyecto.
Símbolo y disposición de los terminales del C.I. 40106.
El circuito para el seguidor de líneas tendrá los siguientes componentes:
Éste no es el circuito total del seguidor de líneas, sólo es el circuito que se encarga de proporcionarnos una señal digital proveniente del sensor CNy70. Es decir, es el circuito de la etapa de los sensores del seguidor de líneas.
Los resistores de 220 ohmnios y 10Kohmnios nos permiten polarizar el sensor CNY70. Recomiendo no utilizar un resistor por debajo de 220 ohmnios para el diodo emisor ya que podríamos exceder la corriente que soporta y podemos quemarlo.
Según la conexión, cuando el sensor CNY70 se encuentre sobre una superficie clara o blanca permitirá que rebote casi toda la luz proveniente del diodo emisor hacia el fototransistor. Entonces, el fototransistor se comportará como un "cortocircuito" (saturación) y tendremos por el terminal del resistor de 10Kohmnios una tensión de aproximadamente "Vcc = 5V".
Si colocáramos el sensor sobre una superficie oscura o negra tendríamos que casi nada de la luz del diodo emisor rebotaría hacia el fototransistor lo cual produciría que el fototransistor se comportara como un "circuito abierto" (corte) y en este caso por el terminal del resistor de 10Kohmnios obtendríamos una tensión de aproximadamente "0V".
Cabe mencionar que en ambos casos las tensiones no son exactas debido a que la señal que nos brinda el sensor CNY70 es analógica y va depender de cuánta luz haya captado la base del fototransistor, pero si queremos comparar su funcionamiento podríamos decir que se comporta casi como un transistor común.
El resistor variable de 10Kohmnios es para ajustar la sensibilidad del sensor. Este resistor debe ser un "trimpot" y no un potenciómetro como el que controla el volumen de los amplificadores de audio. Éste nos permite ajustar su valor con un pequeño desarmador, girándolo de un sentido al otro.
Forma física de un "Trimpot".
Mediante el "trimpot" de 10Kohmnios podremos fijar un valor de "referencia" en el comparador y cuando este valor de "referencia" se presente en el terminal de resistor de 10Kohmnios entonces en la salida del comparador tendremos un 1 lógico (Vcc=5V). Como podemos ver la señal que nos proporciona el LM358 es ahora "digital".
Mientras que por el terminal del resistor de 10Kohmnios no se obtenga un valor similar al de "referencia" tendremos en la salida del comparador la señal de 0 lógico (0V).
De esta manera ya contamos con 2 estados en la salida del comparador, uno cuando detecta y otro cuando no detecta la superficie deseada. Es muy importante el uso del "trimpot" para ajustar la sensibilidad del sensor en diferentes superficies.
A la salida del LM358 conectaremos un LED pequeño, un resistor de 470 ohmnios, un transistor BD135 y un motor DC de 12V. El motor DC puede ser el que tienen los juguetes que generalmente funcionan con una tensión de 6V y para el circuito será más que suficiente. El circuito lucirá de la siguiente manera con la ayuda del software "PROTEUS-ISIS":
Circuito para Seguidores de líneas "BLANCAS".
El LED pequeño nos indicará, al encenderse, que el sensor CNY70 está detectando un superficie blanca y si se encuentra apagado estará detectando una superficie oscura. El resistor de 470 ohmnios y el transistor BD135 serán los que se encarguen de amplificar la corriente proveniente del C.I. LM358 y así se puede conectar al motor DC.
El motor DC girará cuando en la salida del LM358 exista un 1 lógico ya que esta condición polariza el transistor y así permite que circule corriente por el motor haciéndolo girar sólo en un sentido. Si el sensor CNY70 está detectando una superficie oscura entonces por la salida del LM358 tendremos un 0 lógico lo cual no permite que circule corriente por el motor DC y eso no permite ningún giro del motor.
Como podemos notar el circuito está preparado para un seguidor de líneas "blancas", si deseamos que nuestro minirobot siga líneas negras tendremos que realizar el siguiente cambio en la polarización del sensor, de esta manera:
Circuito para Seguidor de Líneas "NEGRAS".
Su funcionamiento se los dejo como práctica, lo importante es notar que cuando el sensor CNY70 detecte una superficie blanca en la salida del LM358 tendremos un 0 lógico y en caso inverso, cuando el sensor detecte una superficie oscura nos proporcionará en la salida del LM358 un 1 lógico lo que en este caso nos servirá para detectar una línea negra sobre un fondo blanco.
Además solo necesitamos de una sola fuente de alimentación para el circuito que es de VCC = +6V, pueden ser 4 pilas AA de 1.5V cada una.
El circuito mostrado es para un sólo sensor y debe armarse un circuito igual para el 2º sensor ya que normalmente un seguidor de líneas lleva 2 sensores.
4) LÓGICA DEL ROBOT :
Actualizado: 17 de Enero 2012
Algo muy importante de considerar es que si tenemos un sensor "derecho" y otro "izquierdo" de nuestro minirobot, éste controlara el motor opuesto, es decir el sensor "derecho" controlará el giro del motor izquierdo y el sensor "izquierdo" controlará el motor derecho.
Veamos la siguiente imagen para comprender la lógica del robot, quise hacer una propia pero me pareció mejor la que verán, tomando como fuente la Revista "SABER ELECTRÓNICA" (se las recomiendo):
d) Como ven se repite esta situación o condición la cual permite que el robot siga línea, por lo tanto el robot siempre buscará estar en esta situación donde avanzará hasta el final del recorrido, la otras situaciones son para corregir su posición.
NOTA: Utilizando esta lógica podrían armar un seguidor de líneas con programación, utilizando un Microcontrolador que mediante condiciones pueden darse las órdenes de girar a la izquierda o derecha o que avance cuando sea necesario.
5) PROTOTIPO DEL ROBOT:
Veamos la siguiente imagen para comprender la lógica del robot, quise hacer una propia pero me pareció mejor la que verán, tomando como fuente la Revista "SABER ELECTRÓNICA" (se las recomiendo):
ACLARACIÓN: Como verán en la imagen, el robot tiene sus sensores en la parte delantera junto a la rueda loca, caso opuesto a lo que yo hice que coloqué la rueda loca en la parte trasera, al final no afecta el funcionamiento del robot, pero era necesario aclararlo.
Empecemos desde la imagen del robot que aparece al lado izquierdo de su pantalla:
a) El sensor que parece coloreado de color casi naranja viene a ser el sensor derecho y el que se ve sobre la línea es el sensor izquierdo, cuando el sensor derecho sale de la línea (como se ve) el motor izquierdo (opuesto en posición) se detiene mientas que el motor derecho sigue avanzando, eso permite que el robot corrija su posición para mantenerse en la línea.
b) Seguimos con la siguiente situación, donde vemos que el robot tiene sus 2 sensores (derecho e izquierdo) situados dentro de la línea, en este caso ambos motores avanzarán y eso permitirá que el robot siga la trayectoria establecida de la línea negra.
c) La siguiente situación se da en una curva, donde el sensor izquierdo se sale de la línea y el sensor derecho aún permanece sobre ella, en este caso como ven lo que pasará es que el motor derecho (opuesto al sensor que se salió de línea) se detendrá y el motor izquierdo avanzará para corregir nuevamente la posición del robot sobre la línea.
d) Como ven se repite esta situación o condición la cual permite que el robot siga línea, por lo tanto el robot siempre buscará estar en esta situación donde avanzará hasta el final del recorrido, la otras situaciones son para corregir su posición.
NOTA: Utilizando esta lógica podrían armar un seguidor de líneas con programación, utilizando un Microcontrolador que mediante condiciones pueden darse las órdenes de girar a la izquierda o derecha o que avance cuando sea necesario.
5) PROTOTIPO DEL ROBOT:
Así luce el prototipo que construí y pueden apreciar también que los sensores están delante de los motores con una protección contra la luz del medio ambiente para que nos afecte su funcionamiento ya que gran parte de la luz solar posee luz infrarroja y esto puede afectar la lectura del sensor CNY70.
Prototipo denominado "MINIKANTUTO".
Lista de Materiales:
- 1 C.I. LM358.
- 2 sensores CNY70.
- 2 resistores de 10K ohmnios a 1/4W.
- 2 resistores de 220 ohmnios a 1/4W.
- 2 resitores de 470 ohmnios a 1/4W.
- 2 Trimpot de 10K ohmnios.
- 2 diodos emisores de lez (LED) del color rojo o verde.
- 2 transistores BD135 (NPN).
- 2 motores DC (motores de juguetes).
- 2 Llantas de juguetes para los motores.
- 1 Rueda loca.
- 4 pilas AA de 1.5V cada una.
- 1 Portapilas.
- Cables para las conexiones.
- 1 Circuito impreso del tamaño necesario (dependerá de su diseño).
- Estaño y grasa para soldar.
- 1 Cautín para soldar.
- Taladro para realizar los agujeros.
- Mica o madera para construir el chasis del seguidor.
- 2 MOLEX de 4 pines para conectar los sensores al PCB, son de color blanco y viene en pareja (hembra y macho).
6) CIRCUITO IMPRESO (PCB) DEL ROBOT:
El circuito con todos los dispositivos lo monté sobre una placa impresa común y lo hice a mano, es decir con un plumón indeleble dibujé las pistas, pero luego con la ayuda del software "PCB WIZARD" pude hacer un diseño mucho mejor de las pistas del circuito como se verá a continuación:
El circuito con todos los dispositivos lo monté sobre una placa impresa común y lo hice a mano, es decir con un plumón indeleble dibujé las pistas, pero luego con la ayuda del software "PCB WIZARD" pude hacer un diseño mucho mejor de las pistas del circuito como se verá a continuación:
Diseño de las pistas del circuito con "PCB WIZARD".
Actualizado: 20 de Agosto 2010
NOTA: Las letras que aparecen al lado de los conectores de los sensores indican cada pin que irá conectado: A= ánodo, K=cátodo ambos pines del diodo LED del CNY70; C=colector , E=emisor ambos pines del fototransistor del CNY70. De la misma forma para los transistores BD135 tenemos: B=base, C=colector y E=emisor. Con esto se les facilitará las conexiones.
7) INFORMACIÓN EXTRA:
Espero que esta pequeña información les sea útil y si tienen alguna duda sólo dejen su pregunta que yo trataré de responderla.
Pavdre.
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