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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DEL LITORAL

LABORATORIO DE ELECTRONICA A

PROYECTO

“CARRO SEGUIDOR DE LUZ CON

ALARMA DE PROXIMIDAD”

INTEGRANTES:

ERICK CONDE

DAVID VALAREZO

PROFESOR:

ING. EFREN HERRERA

2011-2012


LABORATORIO DE ELECTRÓNICA A

ERICK CONDE - DAVID VALAREZO

2

INDICE

PAG.

1. INTRODUCCION 3

2. OBJETIVOS 3

3. ANALISIS TEORICO 4

3.1 Funcionamiento del circuito cuando el fototransistor esta saturado 7

3.2 Funcionamiento del circuito cuando el fototransistor esta abierto 8

3.3 Funcionamiento del LM339 9

4. CALCULOS NUMERICOS 10

5. DATOS EXPERIMENTALES 11

6. CALCULO DE ERRORES 11

7. SIMULACION 12

8. TABLA DE COMPONENTES Y PRECIOS 12

9. IMPRESO DEL PCB 14

10. HOJA DE ESPECIFICACIONES DE COMPONENTES 16

10.1 hoja de especificaciones del CNY 70 16

10.2 hoja de especificaciones del comparador LM339 19

10.3 hoja de especificaciones del transistor 2N222 24

11. OBSERVACIONES 26

12. RECOMENDACIONES 27

13. CONCLUSIONES 28

14. APLICACIONES 28




3

1.- INTRODUCCION

Dentro de los sistemas mecatrónicos más interesantes se encuentran los robots, maquinas

autónomas diseñadas para cumplir una tarea específica.

Un carro seguidor de luz con alarma de proximidad, lo podríamos definir como la unión de

varias tecnologías como lo son mecánica, sensores y electrónica, con la correcta

implementación de cada una podemos obtener resultados sorprendentes.

A continuación presentamos el diseño de este proyecto, el cual está basado principalmente en

foto-resistencias, puertas lógicas “AND”, “INVERSOR” como también “OPAMP” y un circuito

integrado L293D. El circuito funciona con 9 voltios, el cual va alimentar a los 2 motores y a la

alarma.

El circuito está diseñado de tal manera que al momento de recibir una señal luminosa sobre las

foto-resistencias los motores de marcha hacia adelante, cuando una de las foto-resistencias no

reciba luz el motor se apagará y la otra permanecerá activa, de esta manera podremos tener

control libre del movimiento del carro. Cuando ningunas de las dos foto - resistencias reciba

luz el motor dará marcha atrás y al momento de acercarse a un obstáculo se activara una

alarma.

El diseño de este circuito analógico - digital, es decir que el circuito se activa con una señal

analógica el resto del mecanismo del circuito será digital, para ello usamos las puertas lógicas y

el circuito integrado ya antes mencionadas. Aquello que nos permite que el carro valla para

adelante-atrás, izquierda-derecha es el L293D cuyo funcionamiento es a base de una tabla de

verdad.

El funcionamiento del circuito de la alarma se basa en emitir una ráfaga de señales luminosas

infrarrojas las cuales al rebotar contra un objeto que se encuentre entre la comunicación del

receptor y transmisor provoca el encendido de un zumbador.

El circuito integrado que se utiliza en este diseño es un 555 oscilador. Tanto el fotodiodo como

el fototransistor deberán estar situados con unidades de enfoque adecuadas para mejorar el

alcance. La alimentación de este circuito puede ser cualquier tensión comprendida entre 5 y 9

volts.

2.- OBJETIVO

Diseñar el circuito eléctrico de un carro seguidor de luz con alarma de proximidad,

basado en sensores (foto – resistencias, diodo emisor y diodo receptor).

Aplicar los conocimientos adquiridos en los cursos de electrónica para diseñar este

circuito.

Demostrar que un carro puede seguir una línea blanca, para así poder utilizarlo en un

sin número de aplicaciones practicas




4

3.- ANALISIS TEORICO

El circuito que se utilizó para la realización de este proyecto es el siguiente:

DIAGRAMA DEL CARRO SEGUIDOR DE LUZ




5




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DIAGRAMA DE LA ALARMA




7

DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DEL CARRO

Para activar el circuito habilitaremos el “ENABLE” con una señal luminosa permanente, cuando

la señal luminosa este sobre las dos foto-resistencias el carro dará marcha hacia adelante, la

sensibilidad al momento de receptar esta señal externa podrá ser modificada con un

potenciómetro; mientras mayor resistencia presenta el potenciómetro mayor será el rango de

sensibilidad de las foto-resistencias

Para mejor interpretación del funcionamiento del carro, realizaremos una tabla de verdad

donde:

EN: Habilitador del circuito

LDR1: Foto - Resistencia 1

LDR2: Foto - Resistencia 2

IN1: Terminal “1” del motor derecho

IN2: Terminal “2” del motor derecho

IN3: Terminal “1” del motor izquierdo

IN4: Terminal “2” del motor izquierdo

EN LDR1 LDR2 IN1 IN2 IN3 IN4

0 0 0

0 0 1

0 1 0

0 1 1

1 0 0 0 1 1 0

1 0 1 1 0 0 0

1 1 0 0 0 0 1

1 1 1 1 0 0 1

Mediante esta tabla podemos notar, cuando el “ENABLE” es un bajo es decir no hay presencia

de una señal luminosa externa el circuito no se habilita, por lo tanto no interesa si LDR1 o LDR2

es un alto o un bajo, los motores no funcionaran




8

EN = 1 ; LDR1 = 0 ; LDR2 = 0

A la salida de R1.3 y R2.3 vemos un bajo por lo tanto un terminal de los motores tendrá

polaridad negativa, es decir IN2=0, IN3=0.

El otro terminal de los motores tendrá que ser un alto, es por eso que a la salida de R1.3 y R2.3

se colocó un “INVERSOR” de esta manera el otro terminal del motor será opuesto al otro, la

puerta “AND” cumple la función de habilitar cualquiera de los dos motores depende de cual

sea su salida.

En este caso el carro se moverá hacia atrás, un detalle muy importante es que los dos motores

tendrán que tener polaridades opuestas para que de esta manera valla en un solo sentido.

+

+

-

-




9

EN = 1 ; LDR1 = 0 ; LDR2 = 1

A la salida de R1.3 vemos un bajo entonces IN1=0 el terminal de aquel motor tendrá polaridad

negativa, a la salida de R2.3 vemos un alto por lo tanto IN4=1 el terminal de aquel motor

tendrá polaridad positiva.

La salida de la puerta “AND” que habilita a uno de los motores es un bajo, por lo tanto un

terminal de los dos motores será polaridad negativa.

De esta manera un motor va operar mientras que el otro no, por lo tanto el carro va a girar en

una dirección, en nuestro caso será a la derecha

+

-

-

-




10

EN = 1 ; LDR1 = 1 ; LDR2 = 0

A la salida de R1.3 vemos un alto entonces IN1=1 el terminal de aquel motor tendrá polaridad

positiva, a la salida de R2.3 vemos un bajo por lo tanto IN4=0 el terminal de aquel motor

tendrá polaridad negativa.



De esta manera un motor va operar mientras que el otro no, por lo tanto el carro va a girar en

una dirección, en nuestro caso será a la izquierda.

-

-

-

+




11

EN = 1 ; LDR1 = 1 ; LDR2 = 1

A la salida de R1.3 vemos un alto entonces IN1=1 el terminal de aquel motor tendrá polaridad

positiva, a la salida de R2.3 vemos un alto por lo tanto IN4=1 el terminal de aquel motor tendrá

polaridad positiva.



De esta manera los dos motores van operar, en nuestro caso será moverá hacia adelante

+

+

-

-




12

DESCRIPCION DEL FUNCIONAMIENTO DE LA ALARMA

El integrado U1 (N2N555) está en configuración “Astable” ya que están puenteadas el pin 2 y 6 y el pin 1 y 8 serán utilizados para la polarización del integrado. Este primer integrado es aquel que nos permite establecer la amplitud de la señal de salida que es una onda cuadrada con un tiempo de carga y descarga establecida por la red comprendida entre resistencias y capacitor. Aquel tiempo de carga y descarga establecerá la frecuencia con que emite la señal infrarroja el diodo emisor El integrado U2 (N2N555) está en configuración “Monoestable” ya que están puenteadas el pin 2 y 8, para su funcionamiento necesita polarización para ello usamos el pin 1 y 8 y también un flanco negativo en el pin 2. Este segundo integrado establecerá el tiempo que permanecerá prendido la alarma, en nuestro caso se colocó un switch de 3 vías, el cual nos permitirá conmutar con el sonido de la alarma ya sea con un tono continuo o un tono instantáneo.




13

El potenciómetro será aquel que nos permitirá variar la corriente que le llega al transistor Q1 el cual se encuentra en configuración emisor común con el transistor Q2, esto nos permitirá invertir la señal cuadrada que sale del integrado U1, podemos notar que entre el pin 3 y 7 no está presente ninguna resistencia, por lo tanto el capacitor se carga y se descarga instantáneamente, esto se traduce con en el circuito con un tono instantáneo de la alarma Como el capacitor se carga y se descarga instantáneamente, en el pin 3 la señal de salida será un pulso, esto se traduce en el circuito con un tono continuo de la alarma y durara el tiempo que permanece el pulso




14

4.- CALCULOS NUMERICOS

PARA CARRO SEGUIDOR DE LUZ

CON SEÑAL LUMINOSA

Se cumple que:




15

SIN SEÑAL LUMINOSA

Se cumple que:

PARA ALARMA

ANALIZAMOS EL N2N555




16

(

)

U1 y U2 actúan como comparadores, se cumple que:

Partiendo de que:

U1:

U2:

Entonces Q2 “corte” C1 se carga exponencialmente

S = 0

R = 1

Q = 0 V3 = Vcc = 9V Vc=0




17

U1:

U2:

Entonces Q2 “corte” C1 se sigue cargando exponencialmente

U1:

U2:

Entonces Q2 “saturado” C1 se descarga exponencialmente

ANALIZANDO TIEMPO DE CARGA:

( ) (

)

( )( ) (

)

ANALIZANDO TIEMPO DE DESCARGA

(

)

( )( ) (

)

S = 0

R = 0

Q mantiene estado anterior V3 = 9V Vc=3V

Cambia de estado

S = 1

R = 0

Q = 1 V3 = 0V Vc=3V

Cambia de estado




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5.- DATOS EXPERIMENTALES

Se midieron los siguientes valores en el circuito funcionando con una fuente de 9.01 V:

Voltaje del motor

Con Luz 8.5 V Sin luz 0V

6.- CALCULOS DE ERRORES

Valores con los motores funcionando (foto-resistencia con luz)

Teórico Experimental % Error

Voltaje en motor 8.30 V 8.5 V 11.76%

Valores con los motores apagados (fototransistor sin luz)

Teórico Experimental % Error

Voltaje en motor 0 V 0.0 V 0%




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7.- SIMULACION




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8.- TABLA DE COMPONENTES Y PRECIOS

PARA CARRO SEGUIDOR DE LUZ

COMPONENTES DESCRIPCION PRECIO $

RESISTENCIA R1.0 3.3K Ω 0.05


RESISTENCIA R1.3 47 Ω 0.03










POTENCIOMETRO RV1 50K Ω 0.50



FOTO-RESISTENCIA LDR1 10K Ω 0.45



INTEGRADO U1 LM741 0.30



DIODO D1 1N4004 0.04

DIODO D2 1N4004 0.04

DIODO D3 1N4004 0.04

INTEGRADO U2:A 74LS04 0.65

INTEGRADO U3:A 74LS08 0.65

INTEGRADO L293D 0.50

FUENTE VCC BATERIA 9V 1.50

MOTOR M1 MOTOR DC 12V 0.80

MOTOR M2 MOTOR DC 12V 0.80

DIODO D2 DIODO 0.8

PLACA PCB 12.85




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PARA ALARMA

COMPONENTES DESCRIPCION PRECIO $

RESISTENCIA R1 100 Ω 0.03







RESISTENCIA R8 1K Ω 0.05

POTENCIOMETRO 10K Ω 0.50

DIODO INFRARROJO EMISOR 0.40

DIODO INFRARROJO RECEPTOR 0.40

CAPACITOR ELECTROLITICO C1

1000 μF 0.12

CAPACITOR ELECTROLITICO C2

0.1 μF 0.12

TRANSISTOR Q1 2N3904 0.10

TRANSISTOR Q2 2N3904 0.10

INTEGRADO U1 N2N555 0.25

INTEGRADO U2 N2N555 0.25

INTEGRADO 74LS04 0.65

PLACA PCB 7.50




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9.- IMPRESO DEL PCB

Lo primero que se necesita para hacer una placa de circuito impreso es un dibujo de las pistas para los elementos, esto se consigue con la ayuda de un computador y un software como PROTEUS. A continuación se muestra el circuito de las pistas.

CIRCUITO DEL CARRO




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CIRCUITO DE LA ALARMA




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10.- HOJAS DE ESPECIFICACIONES DE COMPONETES.

NE555




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29




30

2N3904




31




32




33




34

74LS04




35

LD293D




36




37




38




39




40




41

74LS08




42




43




44




45




46

LM741




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49




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51




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53




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55

11.- OBSERVACIONES.

En internet se puede encontrar varios circuitos similares al que presentamos en este

proyecto, pero se debe tomar en cuenta que no todos los circuitos están bien

elaborados por lo cual se los debe revisar antes de implementarlo en el protoboard.

El circuito electrónico puede resultar fácil elaborarlo, implementarlo en el protoboard

y diseñar la placa PCB, lo complicado de esto es al momento de hacer la parte

mecánica, es decir al momento de implementar la parte electrónica en la estructura

del carro.

El circuito tanto del motor 1, como el del motor 2 son idénticos, por eso basta con

diseñar un solo circuito y en el otro se realiza lo mismo, tomar en cuenta que los

motores deben girar contrario, es decir un motor debe girar con dirección a las

manecillas del reloj y el otro en contra a las manecillas del reloj.

Antes de implementar el diseño en el protoboard, es importante comprobar que cada

elemento a utilizar este funcionando correctamente.

Uno de los mayores retos fue ajustar la velocidad de los motores ya que los dos deben

girar a la misma velocidad.

Al momento de probar por primera vez el circuito los potenciómetros hicieron como

una especie de corto y echaron llamas, pero después se normalizo.

12.- RECOMENDACIONES.

Tratar de conseguir los materiales específicos que se indican en el documento para

armar el circuito, cambiar cualquier elemento puede hacer que varié mucho el

circuito.

Al momento de implementar el circuito en el protoboar, hacer bien las conexiones y

antes de alimentar el circuito con la fuente DC revisar las conexiones.

Al momento de diseñar la placa hacerla lo más compacta posible para que al

momento de ubicarla en el carro no ocupe mucho espacio.

Tener precaución al soldar, para no cortocircuitar ningún elemento.




56

Utilizar borneras, porque muchos elementos son sensibles al calor y al momento de

soldar podemos dañarlos.

Trate de la parte mecánica del proyecto realizarla con tiempo.

Regular los potenciómetros según el lugar donde se encuentre, ya que según la

luminosidad del lugar se debe regular los potenciomentros, el circuito funciona de

mejor manera cuando es en un lugar oscuro ya que luces externas no afectarían al

foto-resistencia.

Cada vez que alimente compruebe que las corrientes no se sobrepasen a lo

establecido.

Revisar la hoja de datos de cada elemento para saber cómo deben ir conectados para

que al momento de alimentar con la fuente de 9V no dañar nada.

13.- CONCLUSIONES.

Se logro el objetivo de diseñar el circuito para un carro seguidor de luz con alarma de

proximidad, mediante la aplicación de los conocimientos adquiridos en las clases de

electrónica.

Se pudo observar en la alarma que mientras mas se aumenta el voltaje mayor alcance

tiene la luz infrarroja de los diodos esto nos permite tener un mayor rango de

proximidad.

14.- APLICACIONES.

Una de las aplicaciones que puede tener este proyecto es en la robótica, diseñando

maquinas que sigan un patrón o una línea luz reflejada en el piso.

Haciéndoles unos cambios como cambiar motores y fuentes, se puede lograr un

objetivo mayor, como crear vehículos que se dirijan por si solos.

Puede ser muy útil para transportar cosas de un lugar a otro, ya que como en la

actualidad las personas no se alcanzan para hacer todo lo que deben hacer, resultaría

muy útil ya que este carro se dirige por sí solo, solo se necesita un patrón a seguir.

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