guia per l'alumne trm etse urv

Treball Dirigit

Disseny de les plaques de circuit imprès del

“Taller de robòtica mòbil”

-

Guia per l’alumne

Alumne: Adrià Marcos Pastor

Professor: Àngel Cid Pastor

Juny 2011

Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor

Índex 1. Introducció ................................................................................................................... 7

2. Especificacions ............................................................................................................. 7

2.1 Conjunt del sistema .............................................................................................. 8

2.2 Alternatives d’alimentació del sistema ................................................................. 8

2.2.1 Primera alternativa ....................................................................................... 9

2.2.2 Segona alternativa ...................................................................................... 10

2.2.3 Tercera alternativa ..................................................................................... 10

2.3 Control dels motors de corrent continu ............................................................. 10

3. Disseny Circuit Esquemàtic ......................................................................................... 12

3.1 Circuit del microcontrolador .............................................................................. 12

3.1.1 Microcontrolador PIC16F876 ...................................................................... 13

3.1.2 Regulador de tensió LM7805 ...................................................................... 18

3.1.3 Connectors ................................................................................................. 19

3.1.4 Polsadors .................................................................................................... 19

3.1.5 Altres .......................................................................................................... 21

3.2 Circuit del controlador dels motors .................................................................... 22

3.2.1 Driver L293D ............................................................................................... 23

3.2.2 Connectors ................................................................................................. 25

3.2.3 Altres .......................................................................................................... 27

3.3 Circuit dels sensors ............................................................................................. 29

3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594A ................................................. 29

3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensors ... 31

3.3.3 Connectors ................................................................................................. 33

3.3.4 Altres .......................................................................................................... 33

4. Disseny del Layout ...................................................................................................... 34

4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador ................................. 34

4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador ................................................ 35

4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador ........................................ 35

4.1.3 Components de la placa del microcontrolador ........................................... 36

4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels motors ...................... 36

4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors ............................................... 36

4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors ....................................... 37

4.2.3 Components de la placa del driver dels motors ......................................... 37


4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors ............................................... 38

4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors ................................................................. 38

4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors ......................................................... 38

4.3.3 Components de la placa de sensors............................................................ 38

4.4 Vies ..................................................................................................................... 39

4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador ........................................................ 39

4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors .............................................. 40

4.4.3 Vies de la placa de sensors ......................................................................... 40

5. Conclusions ................................................................................................................ 41


Índex de figures Figura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic. ......................................................... 8

Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions. ......................................................... 8

Figura 3. Conjunt electrònic del robot. ................................................................................. 9

Figura 4. Primera alternativa d’alimentació. ........................................................................ 9

Figura 5. Segona alternativa d’alimentació ........................................................................ 10

Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació. ....................................................................... 10

Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple. ........................................................................ 11

Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador. ......................................... 12

Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús. ................................................................ 13

Figura 10. Circuit amb RC extern. ....................................................................................... 15

Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el

condensador i la resistència del circuit RC........................................................ 15

Figura 12. Circuit amb cristall oscil·lador ............................................................................ 15

Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica

mòbil. ............................................................................................................... 16

Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica

mòbil. ............................................................................................................... 17

Figura 15. ICD2 Programador i depurador.......................................................................... 17

Figura 16. PICkit2 programador i depurador. ..................................................................... 17

Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i

connectors físics. .............................................................................................. 18

Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4. ................................................................. 18

Figura 19. Condensador C3 ................................................................................................ 18

Figura 20. Regulador de tensió LM7805. ............................................................................ 18

Figura 21. CON VCC PIC ...................................................................................................... 19

Figura 22. Connectors ports I/O. ........................................................................................ 19

Figura 23. Connector de 5 V i massa. ................................................................................. 19

Figura 24. Polsador de RESET. ............................................................................................ 20

Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2. ..................................... 20

Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada. .................................................................... 21

Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC. ................................................... 21

Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora. ..................... 21

Figura 29. Punts de test del disseny. .................................................................................. 22

Figura 30. Components per subjecció mecànica de la placa del μC. .................................. 22

Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors. ...................................... 23

Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D. .................................................. 24

Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’. ...................................... 25

Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver. ......................................................... 26

Figura 35. Connector dels motors. ..................................................................................... 26

Figura 36. Connector control del driver. ............................................................................ 26

Figura 37. Resistències de protecció. ................................................................................. 27

Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada. .................................................................... 27

Figura 39. Interruptor alimentació del driver. .................................................................... 28


Figura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora

de corrent ......................................................................................................... 28

Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors. ............................................. 28

Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver .............................. 28

Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors. ................................................................... 29

Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el

sensor IS471F. .................................................................................................. 30

Figura 45. Pins de l’integrat IS471F. ................................................................................... 30

Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.................................................... 30

Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F. ........................................................ 31

Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14................... 31

Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14. ................................................................................. 32

Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis. ................................................... 32

Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis. ....................................................... 33

Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors. ............................................... 33

Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors. .................................................... 33

Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34

Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34

Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic. .................................................. 34

Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors .......................... 34

Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador. ....................................................... 35

Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador. ............................................... 35

Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador. ...................... 36

Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors. ..................................................... 36

Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors. ............................................. 37

Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors. ..................... 37

Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors. ....................................................................... 38

Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors. ............................................................... 38

Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors. ....................................... 39

Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador........................................... 39

Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors. ........................................ 40

Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors. .......................................................... 40


Índex d’equacions Equació 1. Cicle de treball ................................................................................................. 11

Equació 2. Tensió mitja alimentació motors...................................................................... 11

Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876. .... 14

Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència............................................. 14


1. Introducció L’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la Universitat Rovira i Virgili des de l’any 2008

organitza una competició de robots seguidors de línia anomenada “ETSEBOT”. La

universitat ofereix als alumnes la possibilitat de realitzar un curs de formació, en el qual

se’ls dota dels coneixements necessaris sobre electrònica, mecànica, informàtica i

robòtica per tal dissenyar, construir i programar un robot d’aquest tipus per participar al

concurs. Aquest curs de formació té per nom “Taller de robòtica mòbil”.

El pla d’estudis que composa l’Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial (1998)

conté una assignatura anomenada “Treball Dirigit” on l’alumne escull un tema concret i

un professor que el dirigeix i coordina les seves activitats. Aquest treball dirigit resulta del

plantejament als organitzadors del concurs, professors del Departament d’Enginyeria

Electrònica, Elèctrica i Automàtica, de l’elaboració del disseny i muntatge de les plaques

de circuit imprès que es donen com a model als alumnes que realitzen el taller.

Aquest treball presenta les especificacions del disseny del model, quin és i com funciona

el circuit electrònic que controla el conjunt del sistema, la llista de materials que formen

el sistema, com és el disseny físic de les plaques de circuit imprès i finalment una guia de

muntatge i posta en marxa de la part electrònica del robot. En canvi en aquest treball

únicament es toquen les qüestions mecàniques i de programació del microcontrolador

per tal de donar una visió més global de la construcció del robot, ja que en qualsevol

projecte s’ha de tenir tot en compte per aconseguir un bon resultat.

ROBOT = MECÀNICA + ELECTRÒNICA + PROGRAMACIÓ

2. Especificacions Les especificacions, que s’han de complir, venen donades tant per la pista que han de

recórrer els robots, com per les bases del propi concurs i per les decisions preses pels

diferents professors que imparteixen el taller. L’objectiu de la competició és aconseguir el

robot rastrejador més ràpid. Les dimensions dels robots competidors no poden superar

els 20 cm de diàmetre i hauran de funcionar de forma autònoma. El seu moviment s’ha

d’obtenir gràcies a motors elèctrics. La línia que configura la pista del concurs és de 3 cm

de gruix aproximadament i s’ha decidit que entre el material que es dóna als alumnes hi

hagi un màxim de 3 sensors detectors d’infrarojos però es permet fer-ne ús d’un número

il·limitat. Aquests sensors seran els IS471FE tot i que es presentaran altres alternatives.

L’estructura de tracció que sovint es construeix en aquest tipus de robots per la relativa

facilitat de construcció mecànica, és una estructura de tipus diferencial. Aquest tipus

d’estructura està compost per dues rodes de tracció cadascuna amb el seu motor i una o

més rodes “boges” que únicament tenen la funció de donar estabilitat al sistema. El canvi

de la direcció del sistema s’aconsegueix mitjançant la variació de la velocitat de rotació

dels motors. Per exemple, si la roda dreta gira més ràpidament que l’esquerra, el robot

girarà cap a l’esquerra. A la figura que segueix s’il·lustra tan la configuració de l’estructura

diferencial com el funcionament bàsic del moviment del robot.


Figura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic.

Per facilitar tant el disseny del hardware com el control dels motors, s’acostumen a

alimentar de tal manera que només girin en un sol sentit de rotació. Així també

s’aconsegueix minimitzar el temps perdut realitzant la inversió del gir dels motors. També

s’ha de comentar que els motors més utilitzats en la construcció de robots seguidors de

línies són els motors de corrent contínua.

2.1 Conjunt del sistema Com a proposta es planteja que el disseny sigui modular, és a dir, que el circuit que

controla el moviment del robot no es trobi tot en una mateixa placa de circuit imprès, sinó

que es desglossi segons les seves funcions. Aquest aspecte dóna flexibilitat a l’estructura

electrònica, permetent així poder modificar parts o bé canviar elements específics per tal

de donar llibertat a l’alumne. En aquest sentit el conjunt electrònic es pot desglossar en 3

parts que es diferencien per les funcions que tenen i es poden veure en la figura que

segueix.

Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions.

2.2 Alternatives d’alimentació del sistema Tot sistema electrònic necessita d’una font d’energia elèctrica per poder funcionar, que

generalment són piles o bateries. La seva elecció és important doncs donaran al robot una

autonomia de funcionament major o menor en funció de la decisió que es pregui.

La lògica de control juntament amb els integrats treballen al voltant dels 5 V. En canvi els

motors de contínua necessiten tensions més altes per poder funcionar en la seva regió

nominal de treball, on es disposa d’un parell més alt. Aquestes tensions oscil·len entre els

12 V i els 24 V. Es pot veure com no tot funciona amb un mateix nivell de tensió i en

Placa

Sensors

Estat sensors

Placa

Microcontrolador

Senyal PWM de control

Placa

Driver motors

IR M1 M2


conseqüència s’ha d’adequar en cada cas per tal no danyar o destruir els components per

un excés de tensió o bé no funcionin per un nivell de tensió massa baix.

Figura 3. Conjunt electrònic del robot.

La figura anterior esquematitza el conjunt electrònic que disposarà el robot. Es veuen

diferenciades dues entrades d’alimentació VCC 1 i VCC 2 on s’han de connectar les

bateries o piles que s’utilitzin. A continuació es presenten una sèrie d’alternatives

d’alimentació del sistema i s’analitzen els seus avantatges i convenients. Val a dir que no

són les úniques possibilitats, però questes tres opcions com les més representatives.

2.2.1 Primera alternativa

Una solució és connectar en sèrie dues piles alcalines de 9 V com les que apareixen a

continuació, però presenten una molt baixa capacitat, al voltant de 200 mAh. Això vol dir

que la pila s’espera que funcioni durant 1 hora entregant 200 mA de corrent continu.

L’avantatge de tenir dues piles en sèrie de 9 V és que als motors com a màxim poden

estar alimentats a 18 V, però per fer probes no són gaire rentables, ja que amb poc temps

s’esgota la seva càrrega a causa de l’alimentació dels motors.

PILA 1 i PILA 2

Figura 4. Primera alternativa d’alimentació.


2.2.2 Segona alternativa

Les piles de liti presenten una major capacitat, del voltant de 2 Ah però comporta un

increment en el seu preu. La pila que apareix a la figura que segueix és de 3 V, de manera

que col·locant-ne 4 en sèrie es s’aconsegueixen els 12 V. Aquesta alternativa té

l’inconvenient en la regulació des de 12 V fins a 5 V que comporta un funcionament

excessiu al regulador de tensió de 5 V i si no es dissipa l’energia tèrmica correctament pot

deixar de funcionar. A més, pot representar una reducció de la velocitat dels motors ja

que no estan alimentats a 18 V com en el cas anterior, però això es pot solucionar

connectant-ne més en sèrie, cosa que empitjora el tema del regulador de tensió.

PILA 1

Figura 5. Segona alternativa d’alimentació

2.2.3 Tercera alternativa

La mescla de les dues alternatives anteriors permet combinar el millor de cada cas i

configurar la tercera alternativa d’alimentació. Es poden col·locar piles de liti per

l’alimentació dels motors i una pila de 9 V per alimentar la part electrònica de control que

té un consum de corrent molt menor respecte els motors.

PILA 1 PILA 2

Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació.

2.3 Control dels motors de corrent continu Els motors que es proporcionen per la construcció del robot són de corrent continu. Les

màquines de corrent continu estan constituïdes per una part fixa o estator i una part

mòbil o rotor i les característiques principals dels motors de corrent continu són les

següents.

1. El parell és directament proporcional al corrent que consumeix.

2. La velocitat angular de l’eix del motor és directament proporcional a la tensió que

s’aplica en bornes del motor.


Aquesta segona característica permet un control relativament fàcil i per tant es justifica

així l’elecció d’aquest tipus de motors per dur a terme el muntatge del robot. La tensió

que s’aplicarà a les bornes de cada motor es regularà mitjançant un senyal de tipus PWM.

Un senyal de tipus PWM és un senyal rectangular de període determinat (T), durant el

qual per un temps menor o igual al període es troba a nivell alt (Temps de ON: Ton) i la

resta del període a nivell baix (Temps de OFF: Toff). El cicle de treball (D) del senyal es

defineix segons l’equació número 1. Aquesta explicació queda il·lustrada a la figura que

apareix a continuació.

Equació 1. Cicle de treball

Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple.

El motor té una constant de temps τ intrínseca com tots els elements emmagatzemador

d’energia. L’estator del motor és un circuit magnètic inductor on se situen els pols del

motor. El rotor està format per l’induït i el col·lector de delgues. L’induït allotja els

debanats enrotllats en un circuit tancat la qual cosa comporta que el bobinat es tanca

sobre si mateix sense principi ni fi. El col·lector de delgues permet el contacte del bobinat

amb les bornes d’alimentació. És aquest bobinat el que produeix el retard i generalment

és de l’ordre de ms.

Si la freqüència del senyal PWM és suficientment gran com perquè el corrent es pugui

considerar continu amb un baix rissat altern generat pel PWM, es pot controlar la

velocitat segons la tensió a la que s’alimenta el motor.

La màxima tensió a la que estaran sotmesos els motors és la tensió a la que estigui sotmès

el node VCC2 descrit en l’apartat anterior. La tensió mitja a la que s’alimenti un motor

alimentat amb un senyal PWM serà:

Equació 2. Tensió mitja alimentació motors.

Posant per exemple un motor, el fabricant del qual indica que la tensió nominal és Vnominal

en V i a aquesta tensió té una velocitat angular Ωnominal en rpm. Si es vol que aquest vagi a

la meitat de la velocitat nominal, s’ha de reduir la tensió nominal a la meitat ajustant el

cicle de treball de l’ona PWM al 50% o bé 0.5.


3. Disseny Circuit Esquemàtic En aquest apartat es procedeix a fer una descripció de les diferents parts que formen tot

el conjunt electrònic del robot, seguint amb la línia de l’estructura modular. En primer lloc

es descriu el circuit que composa la placa del microcontrolador, en segon el circuit de la

placa del controlador de motors i en tercer lloc el circuit de la placa de sensors. Per últim

un apartat dóna una sèrie de recomanacions en el cas que l’alumne vulgui incorporar al

robot un número major de sensors.

3.1 Circuit del microcontrolador El circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador és el que apareix a la figura que

segueix. Un microcontrolador és un circuit integrat que inclou en el seu interior les tres

unitats funcionals d’un computador: la unitat central de processament, memòria, tant de

programa com de dades, i perifèrics d’entrada i de sortida. Un microcontrolador és un

sistema digital que per interactuar amb la resta del circuit electrònic que l’envolta,

treballa amb dos valors lògics 1 i 0. El valor lògic 1 correspon a un valor de tensió

analògica entre aproximadament 4 i 5 V. El valor lògic 0 correspon a un valor de tensió

analògica entre 0 i aproximadament 1 V. A vegades els microcontroladors disposen de

conversors analògic/digitals interns de manera que se’ls hi pot introduir un nivell de

tensió analògic entre 0 i 5 V en els pins adequats del circuit integrat1.

Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador.

1 A partir d’ara quan es parli de valors lògics 0 o 1 s’indicarà entre “ ”.


3.1.1 Microcontrolador PIC16F876

S’ha decidit que la gestió del mostreig de l’estat dels sensors i del control del motor es

realitzi mitjançant el microcontrolador PIC16F876 de la casa Microchip. Disposa de 3 ports

d’entrada/sortida (I/O) que permeten, en el cas d’actuar com entrades, llegir l’estat de la

planta (lectura de l’estat dels sensors), o bé, en el cas d’estar configurats com a sortides,

controlar els actuadors del sistema (els motors). L’elecció d’aquest microcontrolador ve

justificada pel fet de tenir a la seva disposició dos mòduls capaços de generar en dos pins

d’un dels seus ports I/O, dues senyals de tipus PWM (Pulse-Width Modulation). Aquestes

dues senyals seran les que atacaran les entrades del controlador dels motors i així regular

la tensió a la que s’alimenten i en conseqüència la seva velocitat de rotació.

3.1.1.1 Pins del PIC utilitzats

El diagrama de pins del PIC utilitzats és el següent:

Color Forma d’ús

Indicació del fabricant

Entrades

Sortides

Elecció per senyal de

rellotge

Indicació fabricant/Lliure

Lliure

A continuació s’indica la funció que desenvoluparà cada pin del PIC.

Nom del pin número Funció a desenvolupar

!MCLR/Vpp 1 Si es posa a “0” es produeix un reset en el PIC. També serveix per realitzar la programació del PIC, posant-se a 12 V a través del programador.

RA0 2 Línia 0 del port A d’I/O. Testeja si s’ha polsat el botó s’inici o no.

Vss 8, 19 Tensió de referència: 0 V o massa.

CLKIN 9 Línia per on s’introdueix el sneyal de rellotge que necessita el PIC per executar les instruccions.

CLKOUT 10 En el cas de fer ús d’un cristall oscil·lador és una línia necessària.

RC0 11 Línia 0 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 2.

CCP2 12 Línia 1 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 2.

CCP1 13 Línia 2 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 1.

RC3 14 Línia 3 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 1.

Vdd 20 Pin d’alimentació del PIC: 5 V.

RB0 21 Línia 0 del port B d’I/O. Lectura sensor 0



RB6/PGC 27 Línia de senyal de rellotge per realitzar la programació. També és la línia 6 del port B d’I/O.

RB7/PGD 28 Línia de dades per realitzar la programació. També és la línia 7 del port B d’I/O.

Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús.


3.1.1.2 Elecció del tipus d’origen i valor de la freqüència del senyal de rellotge

El pic necessita d’un senyal que oscil·la entre nivell alt i nivell baix per sincronitzar les

diferents parts del xip per executar correctament les instruccions. Aquest senyal es pot

generar de diverses maneres que es tracten dins d’aquest apartat. El debat es crea entorn

l’elecció del valor de la freqüència del senyal que ve donat per diversos factors. S’ha de

tenir en compte els diferents punts que apareixen a continuació.

Un augment de la freqüència del senyal de rellotge comporta que el consum del

pic s’incrementi.

Augmentar la freqüència del senyal de rellotge comporta un possible

sobremostreig de l’estat dels sensors innecessari, ja que la resposta dels motors

és molt més lenta en relació el temps que tarda el PIC en executar una instrucció.

El període del senyal PWM és directament proporcional al període del senyal de

rellotge. A més s’ha de tenir en compte que el driver de control dels motors no

accepta una freqüència superior als 5 kHz del senyal de les seves entrades.

Per tant, la pregunta que els dissenyadors finals s’han de fer, per elegir la freqüència del

senyal de rellotge, és:

Quin període del senyal PWM de control dels motors es vol tenir?

El valor del període d’aquest senyal ve donat per l’expressió següent:

Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876.

On:

“PR2” és un registre de 8 bits i per tant se li pot donar un valor entre 0 i 255.

“TMR2 prescaler value” és un altre registre que se li poden donar els valors 1, 4 o

16.

De la que:

Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència.

On FOSC és la freqüència del senyal de rellotge elegida. A continuació es presenten les 3

formes possibles de generar el senyal de rellotge.

3.1.1.2.1 Circuit RC intern

El pic disposa d’un circuit intern format per una resistència i un condensador que permet

generar aquest senyal de rellotge. És la forma més simple i barata que es pot aprofitar per

generar el senyal de clock però té el desavantatge que és un circuit molt poc estable i en

conseqüència genera un senyal amb un període poc constant. No és gaire recomanable

per ser utilitzat en aplicacions sensibles a la temporització. Tampoc es recomana fer-ne ús

per casos en els que la freqüència necessària sigui per sobre els 2 MHz.


3.1.1.2.2 Circuit RC extern

El disseny del treball dirigit proposa una de les

dues opcions, aquesta o la que ve. Aquesta

consisteix en connectar un circuit RC extern a

la línia OSC1 del pic de manera que ofereixi

més estabilitat que l’intern. La forma de

connexió apareix en la imatge de la dreta. En

funció dels valors de la resistència i el

condensador externs, la freqüència del senyal

quadrat serà diferent.

Figura 10. Circuit amb RC extern.

El disseny proposa la utilització d’una resistència de valor 10 kΩ i un condensador de 100

pF. Segons les indicacions del fabricant aquesta combinació permetrà generar un senyal

de rellotge amb una freqüència de rellotge aproximadament de 600 kHz.

Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el condensador i la resistència del circuit RC.

Tot i que aquesta forma millora el problema de l’estabilitat del període del senyal

respecte el cas anterior, aquest sistema no és tan estable com el del cristall oscil·lador.

3.1.1.2.3 Cristall oscil·lador o ressonador ceràmic

La forma que permet obtenir un senyal de rellotge

més estable és la utilització de cristalls oscil·ladors o

ressonadors ceràmics. Aquests s’han de connectar

segons s’indica a la imatge de la dreta. Tal i com es

pot veure en la figura, el cristall (XTAL) és

acompanyat per dos condensadors (C1 i C2). El seu

valor ve indicat al manual del PIC segons la

freqüència d’oscil·lació del cristall.

Figura 12. Circuit amb cristall oscil·lador


El PIC pot funcionar fins a una freqüència de 20 MHz, però aquest valor és excessiu per la

funció que ha de desenvolupar. En el disseny s’ha pres el valor de 4 MHz pel cas de voler

utilitzar un cristall d’oscil·lador per generar el senyal de rellotge. Segons el manual del

fabricant s’indica que per a 4 MHz els condensadors han de ser de 15 pF.

3.1.1.2.4 Jumpers de selecció del senyal de rellotge

El disseny està pensat per donar flexibilitat a l’alumne de cara a poder escollir com

generar el senyal de rellotge, si mitjançant el circuit RC extern o la utilització del cristall

oscil·lador. Els jumpers estan pensats per poder connectar de forma còmoda parts del

circuit com si d’interruptors es tractessin.

Si el JUMPER1 es connecten els pins 1 i 2 entre ells, el 3 es deixa desconnectat i del

JUMPER2 es deixen desconnectats els pins 1 i 2, el circuit que s’està utilitzant per generar

el senyal de rellotge és el circuit RC extern.

Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica mòbil.

Si en canvi del JUMPER1 es connecten els pins 2 i 3 entre ells, es desconnecta el pin 1 i del

JUMPER2 es connecten entre ells els pins 1 i 2 s’està utilitzant el circuit del cristall

oscil·lador.


Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica mòbil.

3.1.1.3 Comunicació PC-PIC

El PIC es podrà connectar amb l’ordinador des del mateix circuit on està integrat, per

programar i depurar el funcionament del codi, de dues formes diferents i el disseny està

preparat per ambdues.

3.1.1.3.1 ICD2 (In Circuit Debugger)

El laboratori de la universitat disposa dels programadors ICD2.

Físicament es connecten a la placa del PIC del robot a través del connector estàndard RJ11

tal i com s’indica al circuit esquemàtic de la figura de baix.

3.1.1.3.2 PICkit2

És possible que hi hagi alumnes que disposin o tinguin interès en

obtenir un programador més barat i petit que l’ICD2, el qual es

diu PICKIT2. Aquest utilitza les mateixes línies que l’ICD2 però el

connector no és amb l’estàndard RJ11. És simplement un

connector en forma de tira. PICkit2 programador i depurador.

A continuació es mostren els connectors de l’esquemàtic que

permeten la connexió dels dispositius de comunicació amb

l’ordinador, les indicacions del fabricant per la connexió i els

connectors físics que s’utilitzen.

Figura 15. ICD2 Programador i depurador.

Figura 16. PICkit2 programador i depurador.


Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i connectors físics.

3.1.1.4 Altres indicacions del fabricant

En el disseny apareixen components que el la casa MICROCHIP aconsella posar pel bon

funcionament del microcontrolador. És el cas dels components que es descriuen a

continuació.

Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4.

El fabricant indica que la resistència R3,

el díode D2 i el condensador C4 s’han

de connectar tal i com apareixen en la

figura de l’esquerra. D’aquesta manera

la línia de Master Clear (pin 1 del PIC)

es troba a nivell alt de forma normal.

Quan aquesta línia es posa a nivell baix

es produeix un RESET en el PIC i el

punter d’instrucció de programa torna

a la posició inicial. Durant la

programació la línia de MCLR es posa a

12 V i gràcies el díode s’evita que el

corrent pugui circular en direcció el

node de 5 V, actuant com a protecció.

El condensador C3 té l’objectiu d’eliminar els rissats de

tensió que es produeixen prop de la línia de 5 V que

alimenta el PIC i és per això que és interessant que

aquesta es trobi el més a prop possible del pin 20 del PIC.

3.1.2 Regulador de tensió LM7805

El regulador LM7805 és el component encarregat de reduir la tensió de l’entrada de la

placa del PIC, a una tensió de sortida de 5 V, ja que és necessari ajustar el nivell de tensió

correcte al PIC i a la circuiteria de lògica integrada del robot. Aquest component acostuma

a donar problemes de dissipació si no es vigila amb el nivell de tensió que s’introdueix a la

seva entrada i el corrent que se li demana entregar. És per aquest motiu que a vegades és

necessari connectar-li un dissipador de calor per evitar que la protecció tèrmica interna

del propi dispositiu actuï o fins i tot que es destrueixi el mateix regulador.

El fabricant recomana que el

regulador de tensió LM7805 a la

seva entrada i a la sortida s’hi

connectin condensadors per

eliminar possibles rissats de soroll

Figura 19. Condensador C3

Figura 20. Regulador de tensió LM7805.


i el component pugui regular més correctament.

3.1.3 Connectors

Connector d’alimentació placa del PIC (CON VCC PIC)

Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC1 a la

tensió de les piles o bateries que formen el sistema

d’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat

“Alternatives d’alimentació del sistema”.

Connector per comunicació entre PC i PIC (CON ICD2 i CON PICKIT2)

Mitjançant els connectors descrits en l’apartat “Comunicació PC-PIC” es pot establir

comunicació amb l’ordinador.

Connectors pels ports entrada/sortida (CON PORT A, CON PORT B, CON PORT C_1, CON

PORT C_2)

Aquests connectors permeten als pins

d’entrada/sortida del PIC disposar d’accessibilitat i

flexibilitat per poder ser connectat segons com

vulgui l’alumne. El model que s’ha dissenyat en

aquest treball fa servir tots els pins del CON PORT

C_1 pel control dels motors i 3 pins del CON PORT B

per fer la lectura del senyal de sortida dels sensors.

La resta de pins estan però en disposició de ser

connectats per ampliacions o modificacions. S’ha de

indicar el fet que mitjançant el CON PORT C_1 a més

de enviar els senyals de control, també s’aprofita per

fer arribar la tensió de 5 V necessària pel driver dels

motors.

Connector del node de 5 V per alimentar placa de sensors (CON VDD)

Mitjançant aquest connector la placa de sensors està

alimentada a 5 V provinents del regulador.

3.1.4 Polsadors

POLSADOR RESET

Quan aquest polsador es troba en estat de repòs el pin 1 del PIC es troba a “1” . Quan el

polsador es prem es posa a “0” i es produeix un RESET en el punter de programa del PIC.

La resistència que acompanya el polsador redueix el corrent que circula pel polsador.

Figura 21. CON VCC PIC

Figura 22. Connectors ports I/O.

Figura 23. Connector de 5 V i massa.


Figura 24. Polsador de RESET.

POLSADOR INICI

Aquest polsador conjuntament amb les resistències R1 i R2 configura un divisor de tensió

quan aquest és polsat. En repòs la resistència R1 de 10 kΩ actua com una resistència de

pull-up que obliga al pin 2 del PIC (línia RA0) a trobar-se a “1”. Quan es prem el polsador,

la resistència R2 de 100 Ω fa caure aquest valor a “0”.

En conclusió:

POLSADOR INICI en repòs → línia RA0 a “1”.

POLSADOR INICI en polsat → línia RA0 a “0”.

Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2.


3.1.5 Altres

A continuació es descriuen la resta de components que formen el circuit esquemàtic de la

placa del PIC.

3.1.5.1 Díode de protecció a l’entrada

Tal i com indica el títol de l’apartat, el díode D1 actua com element de protecció en el cas

que es connectés la polaritat de les piles a l’inrevés. En aquesta situació el corrent

circularia a través del díode i s’evitaria que algun component es danyés.

Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada.

3.1.5.2 Interruptor alimentació placa del PIC

Aquest interruptor permet tallar l’alimentació de la placa del PIC i així desconnectar el

control.

Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC.

3.1.5.3 Led indicador alimentació

La placa del microcontrolador té un led que porta per nom “LED PIC ON” que s’encendrà

quan el PIC estigui alimentat a 5 V i per tant en funcionament. La resistència R5

acompanya el led per reduir el corrent que hi circula.

Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora.


3.1.5.4 Test Points

Un test point és un punt on es pot connectar un instrument de mesura i poder treballar de

forma més còmoda. És per això que totes les línies del pic tenen a la seva disposició el seu

punt de test corresponent.

Figura 29. Punts de test del disseny.

3.1.5.5 Forats per subjecció mecànica

La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que

s’han introduït 4 forats pensats per subjectar les plaques a

l’estructura del robot. Són els components que porten per

nom “Cargol”.

3.2 Circuit del controlador dels motors El circuit esquemàtic de la placa que conté el controlador o driver dels motors és el que

apareix a la figura que segueix.

Figura 30. Components per subjecció mecànica de la placa del μC.


Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors.

3.2.1 Driver L293D

Un driver de motors és un element que actua com a interfície entre el circuit de control i

els accionaments elèctrics que es tinguin . En el nostre cas, entre el μC i els motors de

contínua. A partir del senyal de control provinent del μC, es gestiona l’alimentació dels

motors connectats al driver. Concretament el driver que s’ha decidit utilitzar és el L293D.

3.2.1.1 Funcionament i pins del driver

Com s’ha dit, aquest integrat permet gestionar l’alimentació dels motors a partir d’un

senyal de control. Per poder portar a terme aquesta tasca necessita de dues tensions

diferents d’alimentació, la tensió amb què rebrà el senyal de control (5 V) i la tensió a què

es vol alimentar els motors (depenent del disseny).

Disposa de 4 entrades independents amb les corresponents sortides. Quan a una entrada

se li aplica un nivell alt de tensió de control (Vcc12), a la seva sortida apareix la tensió a la

que es vol alimentar el motor (Vcc2). També disposa de 2 pins d’habilitació que actuen

sobre dues entrades alhora, és a dir, una entrada d’habilitació permetrà el funcionament

de les sortides 1 i 2, mentre que la segona entrada d’habilitació permetrà el funcionament

de les sortides 3 i 4.

El driver L293D té el següent llistat de pins

2 Vcc1 segons la notació del datasheet de Texas Instruments. En el projecte aquesta

línea es connectarà a VDD 5V mitjançant l’interruptor SW1.


Alimentació:

o Pin 8: nivell de tensió de control, és a dir, la mateixa a la que s’alimenti el pic.

o Pin 16: nivell de tensió d’alimentació dels motors.

Entrades: pins 2, 7, 10 i 15.

Sortides: pins 3, 6, 11 i 14.

Habilitacions:

o Pin 1: blocs 1 i 2.

o Pin 9: blocs 3 i 4.

Masses: pins 4, 5, 12 i 13.

Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D.

3.2.1.2 Díodes interns de protecció

Un motor de contínua és bàsicament una bobina que es carrega elèctricament i que al

estar sotmesa a un camp magnètic s’aconsegueix el moviment rotatori en l’eix. Les

bobines s’oposen a les variacions de corrent elèctric. Si s’estan controlant els motors

mitjançant dues senyals de tipus PWM, el que s’està fent és aplicar tensió i treure-la

contínuament als motors, fet que comporta que en el moment de la desconnexió puguin

aparèixer els corrents elèctrics i’ o i’’ generats per la forces contraelectromotrius mentre

les bobines es descarreguen de l’energia que emmagatzemen.

Els díodes interns del driver L293D permeten la continuïtat de pas del corrent quan s’ha

deixat d’alimentar els motors i així evitar que danyar el circuit. L’integrat L293D es

diferencia del seu germà L293 en què, el primer disposa de díodes interns de protecció

mentre que el segon no. En canvi, el corrent màxim per cada branca de sortida del primer

és de 600 mA mentre que en el segon és d’1 A. Per aquest motiu s’han unit les dues

primeres sortides per alimentar un motor i les dues restants per alimentar l’altre motor.

En conseqüència les entrades 1 i 2 per una banda i la 3 i la 4 per l’altra, han de rebre el

mateix senyal de control i per això estan curtcircuitades dos a dos.


Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’.

3.2.1.3 Indicacions fabricant

El fabricant indica que:

La freqüència màxima del senyal d’entrada ha de ser inferior als 5 kHz per un

correcte funcionament.

Els pins de les alimentacions tinguin a prop connectats condensadors per eliminar

rissats de tensió que puguin aparèixer en aquestes línies.

o L’alimentació Vcc1 l’acompanya un condensador de 100 nF (C8).

o L’alimentació Vcc2 l’acompanya un condensador de 10 μF (C7). S’ha

escollit un condensador amb aquesta capacitat per poder fer front a pics

sobtats de tensió que apareguin en alimentar els motors. Suporta un

màxim de tensió de 36 V.

Com s’ha dit, cada sortida pot subministrar fins a 600 mA en el cas de l’integrat

L293D.

3.2.2 Connectors

Connector d’alimentació placa del driver (CON VCC DRIVER)

Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC2 a la tensió de les piles o bateries

que formen el sistema d’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat “Alternatives

d’alimentació del sistema”.


Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver.

Connector dels motors (CON MOTORS)

Els dos motors estan alimentats entre positiu i massa. Com que la massa és comuna, en el

connector comparteixen el node de massa. El pin 1 del connector representarà el positiu

del motor 1, mentre que el pin 3 representarà el positiu del motor 2.

Figura 35. Connector dels motors.

Connector control del driver (CON CONTROL DRIVER)

Mitjançant aquest connector es permet el control del driver ja que s’ha de connectar amb

el connector CON PORT C_1 de la placa del microcontrolador. D’aquesta manera:

La línia RC0 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 2.

La línia RC1/CPP2 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 2.

La línia RC2/CPP1 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 1.

La línia RC3 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 1.

VDD 5V Permet subministrar al L293D el nivell de tensió amb que es rebran els

senyals PWM.

Figura 36. Connector control del driver.


3.2.3 Altres


placa del driver.

3.2.3.1 Resistències limitadores

S’han col·locat unes resistències de 100 Ω entre el μC i les entrades del driver amb

l’objectiu de limitar el pas del corrent.

Figura 37. Resistències de protecció.

3.2.3.2 Díode de protecció a l’entrada

De la mateixa manera que en la placa del μC, el díode de protecció a l’entrada, en aquest

cas D3, actua com element de protecció en el cas que es connectés la polaritat de les piles

a l’inrevés. En aquesta situació el corrent circularia a través del díode i s’evitaria que algun

component es danyés.

Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada.

3.2.3.3 Interruptor d’alimentació del controlador

L’interruptor SW1 permet la desactivació del driver del motor obrint el node “VDD 5V”. En

cas de funcionament normal, aquest interruptor ha d’estar accionat de tal manera que

permeti l’alimentació del driver. En cas de d’obrir el circuit, les sortides del driver deixen

d’alimentar els motors i, per tant, s’aturen. És una forma ràpida de desconnexió dels

motors per aturar el robot en cas d’emergència.


Figura 39. Interruptor alimentació del driver.

3.2.3.4 Led indicador d’alimentació del driver

La placa del driver té un led anomenat “LED DRIVER ON” que s’encendrà quan el driver

estigui alimentat a 5 V i, per tant, en funcionament. La resistència R6 acompanya el led

per reduir el corrent que hi circula.

Figura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora de corrent

3.2.3.5 Test Points sortides del driver

Es poden analitzar les sortides del driver connectant l’oscil·loscopi als test points i així

visualitzar degudament la forma d’ona PWM a la que s’alimenta cadascun dels motors.

Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors.

3.2.3.6 Forats subjecció mecànica

La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 4 forats pensats

per subjectar les plaques a l’estructura del robot. Són els components que porten per

nom “Cargol”.

Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver


3.3 Circuit dels sensors La tercera placa del conjunt és la que conté el circuit dels sensors, l’esquemàtic de la qual

es pot visualitzar a continuació.

Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors.

3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594A

La detecció de la línia blanca es realitza mitjançant la detecció de llum infraroja es reflexa

sobre una superfície blanca, mentre que no ho fa sobre una superfície negra. És necessari

doncs un element emissor d’aquest tipus de llum que no es troba dins l’espectre visible

per l’ull humà i un sensor que sigui capaç de portar a terme la detecció de la llum

reflectida.

L’emissor de llum infraroja escollit és el led OPE5594A el qual emet llum amb una longitud

d’ona de 940 nm. El sensor escollit és el IS471F, el qual presenta la seva màxima

sensibilitat relativa davant de llum que té una longitud d’ona al voltant dels 940 nm, tal i

com mostra la següent figura.


Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el sensor IS471F.

3.3.1.1 Pins i funcionament del sensor

L’integrat IS471F té 4 pins:

Figura 45. Pins de l’integrat IS471F.

VCC (1): pin d’alimentació. En el nostre cas 5 V.

Vo (2): pin pel qual es coneixerà si el sensor ha detectat infrarojos reflectits sobre

la línia blanca. La sortida és de tipus digital: 1 o 0.

o “0”: s’ha detectat llum infraroja, és a dir, hi ha línia sota el sensor.

o “1”: no s’ha detectat llum infraroja, en conseqüència, no hi ha línia sota el

sensor.

GND (3): pin amb nivell de tensió de referència, massa.

GLout (4): pin sobre el que el mateix IS471F genera un senyal com el que presenta

la figura següent:

Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.

Segons el full de característiques, típicament amb una alimentació de 5 V, tw és

aproximadament de 8 μs per un període tp d’uns 130 μs.

Si es té el led emissor d’infrarojos connectat al terminal GLout, s’aconsegueix que el led

només emeti llum mentre el senyal polsant d’aquest terminal es troba a nivell baix i a

més, el sensor únicament realitza el sensat durant el pols de nivell baix. D’aquesta manera

s’aconsegueix sincronitzar l’emissió de la llum infraroja amb el seu sensat.


Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F.

Les resistències de 100 Ω R33, R34 i R35 limiten el pas del corrent a través del led infraroig

i mitjançant els potenciòmetres d’1 kΩ s’acaba d’ajustar la quantitat de llum que es

desitja que emetin els leds infrarojos.

3.3.1.2 Indicacions del fabricant

El fabricant especifica que es recomana situar algun condensador de 330 nF entre el

terminal d’alimentació del sensor i massa, per filtrar possibles rissats de tensió que

apareguin a la línia. Els condensadors d’aquest tipus són el C12, C13 i C14 del circuit i

sovint se’ls anomena condensadors de “bypass”.

3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensors

Tal i com s’ha explicat, la sortida dels sensors és:

“0” quan s’ha reflectit llum infraroja sobre la superfície que s’està mostrejant, és a

dir, es té línia blanca davant del sensor.

“1” quan no s’ha reflectit llum infraroja, per tant, no es té la línia blanca a seguir.

És per aquest motiu que s’ha introduït un integrat 74HC14. Consisteix en un inversor de 6

canals amb el que s’aconsegueixen dos aspectes diferents:

Invertir el que s’ha dit abans sobre l’estat dels sensors. De forma inconscient les

persones preferim allò que destaca sobre el que passa desapercebut. Un exemple:

el color vermell de les senyals vials. El mateix passa amb els senyals elèctrics:

interessa més un “1” que un “0” per indicar que hi ha línia blanca davant del

sensor. Introduint un inversor a cada sortida dels sensors s’aconsegueix aquest

acondicionament del senyal a llegir. Finalment doncs, per portar a terme la

lectura des del pic:

o “1”→ hi ha línia blanca davant del sensor.

o “0”→ no hi ha línia blanca davant del sensor.

Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14.


Les tres línies de lectura des del pic actuen com senyals d’activació de 3 leds

independents per cada un dels tres sensors. D’aquesta manera permet la

verificació visual de l’estat del sensor sense haver d’utilitzar el multímetre o

l’ordinador per saber-lo. Consisteix en una comoditat afegida per “debugar” més

fàcilment el funcionament del robot. Exemple de funcionament:

Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14.

En definitiva:

o Led encès→ hi ha línia blanca davant del sensor associat.

o Led apagat→ no hi ha línia blanca davant del sensor associat.

Cada led l’acompanya una resistència de 560 Ω.

Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis.

Les resistències que separen les sortides del 74HC14 del pic de 220 Ω, tenen la funció de

limitar el corrent que pugui circular entre els dos integrats.

L’element que segons l’esquemàtic permet l’alimentació dels leds testimonis i que porta

per nom “jumper leds”, consisteix en un jumper. Aquest serà com el que apareix a la

figura següent.


Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis.

Aquest component permet desconnectar els leds testimonis per reduir el consum de

corrent que aquests produeixen quan el robot funciona correctament i no s’estan fent

probes de funcionament de hardware o software en el que sigui necessari veure

visualment l’estat dels sensors.

3.3.3 Connectors

Connector d’alimentació de la placa de sensors (CON VDD SENSORS)

Connector que permet l’alimentació a 5 V de la placa de sensors.

Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors.

Connector lectura estat dels sensors (CON SENSORS IS471)

Aquest connector conté les tres línies que el pic ha de llegir per conèixer l’estats dels

sensors. Són les línies que porten per nom SENSOR_X-PIC. Si la línia conté un “1”, el

sensor corresponent indica que té línia blanca davant seu. Pel contrari, un “0” indicarà

que no té línia blanca.

Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors.

3.3.4 Altres


placa dels sensors.

3.3.4.1 Led indicador d’alimentació de la placa de sensors

La seva funció és indicar que la placa de sensors està alimentada. L’acompanya la

resistència R29 de 330 Ω.


Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors.

3.3.4.2 Condensador a l’entrada de “bypass”

Aquest condensador elimina possibles rissats de tensió que arribin a la placa de sensors

per la línia de 5 V.

Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors.

3.3.4.3 Test Points línies de lectura des del pic

Punts de test que permet detectar errors o verificar els senyals rebuts en el pic.

Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic.

3.3.4.4 Forats subjecció mecànica

La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 2 forats pensats

per subjectar la placa de sensors a l’estructura del robot. Són els components que porten

per nom “Cargol 11” i “Cargol 12”.

Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors

4. Disseny del Layout Fins ara s’ha descrit la funcionalitat de cadascun dels components que configuren el

circuit esquemàtic del robot. En aquest apartat es presenta el disseny del layout de

cadascuna de les plaques. Es mostraran les vistes TOP i BOTTOM de les plaques de circuit

imprès i imatges que identifiquin els components en les seves posicions finals en les

plaques. Finalment es mostraran les vies que apareixen en el circuit ja que són difícils

d’apreciar a simple vista i en algun cas són imprescindibles pel correcte funcionament del

circuit.

4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador


4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador

Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador.

4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador

Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador.


4.1.3 Components de la placa del microcontrolador

Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador.

4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels

motors

4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors

Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors.


4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors

Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors.

4.2.3 Components de la placa del driver dels motors

Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors.


4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors

4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors

Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors.

4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors

Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors.

4.3.3 Components de la placa de sensors


Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors.

4.4 Vies Les vies són canvis de cara de la placa enmig d’una pista. A vegades són necessàries per

permetre una major comoditat en el moment de fer soldadures. És important no oblidar-

se’n cap. A més es recomana soldar primer de tot les vies de la placa i procedir a soldar

la resta d’elements segons la seva alçada en la placa: de més baixa altura a més alta

altura. A continuació es mostren les imatges que indiquen amb cercles vermells les

posicions de les vies.

4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador

Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador.


4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors

Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors.

4.4.3 Vies de la placa de sensors

Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors.


5. Conclusions En aquest treball s’ha descrit la fase de disseny del hardware electrònic que incorpora el

robot base del “Taller de robòtica mòbil”. Aquesta fase integra el circuit esquemàtic i el

disseny del layout de les plaques pcb. Es pretén que els alumnes que participen en el

taller i no tenen gaires coneixements d’electrònica pel cas que sigui, puguin entendre el

perquè de cada component i la seva funció dins del circuit. A més també s’intenta que

l’alumne es familiaritzi amb el programari ORCAD que permet el traçat d’esquemes

electrònics i el posterior disseny de les plaques. A continuació l’alumne haurà de soldar els

components, part de les més pràctiques alhora de construir el robot on sovint veurà que

l’habilitat manual també és important en l’enginyeria. Finalment haurà de comprovar tot

el que s’ha descrit en aquesta memòria per tal de detectar els errors el més aviat possible

abans de passar a fases posteriors, com poden ser la programació del pic, debugació del

codi i les proves a la pista.

guia per l'alumne trm etse urv

Documents