INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

ELECTRNICA DIGITAL PROYECTO DE APLICACIN CARRO SEGUIDOR DE LUZ U OBSCURIDAD CON OPCIN DE ESQUIVAR OBSTCULOS

PRESENTAN: ALUMNOS BENITEZ AMBROSIO MIGUEL NGEL 2008301673 GARCA RICO JORGE LUIS 2006301120

MEXICO, D.F. VIERNES 9 DE DICIEMBRE DE 2011

OBJETIVOS: - El objetivo de esta prctica, es desarrollar un proyecto de aplicacin utilizando como herramienta principal, circuitos integrados digitales. - Implementar el circuito, disear con buena presentacin y acabado. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. Se ha definido con el profesor de la asignatura de electrnica digital, desarrollar un carro seguidor de luz, en las siguientes direcciones: derecha, izquierda, adelante y que adems, cuando en su trayectoria se presente un obstculo el carro deber ser capaz de esquivarlo. Este carro es un juguete apto para cualquier nio mayor de tres aos que tenga una linterna a la mano, ya que para su funcionamiento, se necesita excitar los sensores con luz. SOLUCION: Para dar solucin al problema planteado anteriormente, se ha dividido en tres partes: 1.-Implementacin de los sensores de luz 2.-Implementacin de los sensores de presencia 3.-Implementacin del sistema de propulsin IMPLEMENTACIN DE LOS SENSORES DELUZ. En la implementacin de los sensores se ha utilizado como fundamento terico el concepto de divisor de voltaje la justificacin de aplicar este concepto se expone en las siguientes pginas.

Debido a que el carro deber responder a los estmulos luminosos, para la implementacin de los sensores de luz, se ha decidido usar

fotorresistencias, un amplificador operacional LM324, dos potencimetros y resistencias comunes, la justificacin de usar dichos dispositivos es la siguiente: Sabemos que una fotorresistencia es un dispositivo electrnico dependiente de la luz, el principio de funcionamiento de sta se basa, en que debe recibir un has luminoso para que su resistencia descienda a niveles mnimos. En caso contrario la fotorresistencia mantendr un nivel resistivo alto. La foto resistencia, el potencimetro y las resistencias se han usado para lograr el circuito mostrado en la figura 1.0.

Figura 1.0

Nota:

R1: Potencimetro R4: Foto resistencia Sabemos que entre R3 y R4 se produce un divisor de voltaje, lo mismo sucede entre R1 y R2, este ltimo nos servir como voltaje de referencia, para que en una etapa posterior sea comparado con el divisor de voltaje producido por R3 y R4. La siguiente etapa en la implementacin de los sensores de luz, fue encontrar un dispositivo que nos permitiera comparar, voltaje en R2 con el voltaje en R4, esto para decidir si la intensidad luminosa recibida es suficiente, para que el carro pueda iniciar su marcha, para la seleccin de este dispositivo se tom en cuenta que fuera accesible en precio y que su voltaje de alimentacin se pudiera ajustar a 5V. Finalmente el dispositivo seleccionado fue el LM324 ya que nos ofreci una excelente relacin calidad/precio y porque solo usa voltaje positivo a diferencia de dispositivos similares que usan fuente simtrica. A continuacin se explica el funcionamiento del amplificador operacional en modo comparador para la implementacin de los sensores de luz. Comparadores. Los amplificadores operacionales se usan frecuentemente como dispositivos no lineales para comparar la amplitud de un voltaje en relacin con otro. En sta aplicacin, el amplificador operacional se utiliza en la configuracin de lazo abierto, con el voltaje de entrada en una entrada y un voltaje de referencia en la otra. Basndonos en la explicacin anterior podemos aplicar el concepto de divisor de voltaje al amplificador operacional para lograr el circuito mostrado en la figura 1.1.

Se puede observar en la figura 1.1 que el amplificador operacional est en modo comparador, con configuracin en lazo abierto, se puede ver claramente el hecho de usar dos divisores de tensin aplicados a cada terminal del amplificador operacional. La figura muestra que el divisor de voltaje que se produce entre R1 y R2 va conectado a la terminal no inversora del amplificador operacional, cabe destacar, que este divisor de voltaje se usa como referencia de comparacin, con respecto al divisor de voltaje producido entre R3 y R4.

En este modo de funcionamiento el amplificador realizar la siguiente operacin: Si el voltaje que recibe en la terminal no inversora es mayor que el voltaje recibido en la terminal inversora entonces a la salida del amplificador operacional tendremos un ALTO, que nos servir para activar uno de los motores del carro. Esto se logra de la siguiente manera: Se debe escoger el R1 con una alta resistencia del orden de kilo ohms y R3 con una resistencia mucho menor que la de R1. Es importante resaltar el hecho de que R1 es una forma de variar la sensibilidad del sensor. A continuacin se muestran los clculos. VR2=

VR4=

Dotaremos a nuestro carro con dos sensores luminosos como los presentados en la figura 1.2.

Figura 1.2.

IMPLEMENTACIN DE LOS SENSORES DE PRESENCIA. El siguiente paso ser la implementacin de los sensores de presencia que le darn al carro la capacidad de esquivar obstculos. Fueron seleccionados por su excelente relacin calidad precio y por la estabilidad que ofrecen, un par de sensores infrarrojos reflexivos, marca Sharp de la serie GP2Y estos sensores detectan presencia a una distancia mxima de diez centmetros. Estos sensores se llaman reflexivos por que emiten luz producida por un diodo led infrarrojo, cuando hay un objeto frente a la fuente de luz este objeto provocar la reflexin de la luz emitida, esta luz reflejada, incidir en un fototransistor.

El sensor debe ser alimentado con un voltaje de polarizacin de +5V cuando no detecta presencia en su salida entrega un ALTO cuando detecta presencia en su salida entrega un BAJO. Conectaremos una compuerta inversora a la salida de cada sensor, para que cuando detecten presencia en la salida del sensor tengamos un ALTO, en caso contrario tendremos un BAJO. Es importante aclarar que por simplicidad, los sensores fueron adquiridos en un encapsulado adecuado y listos para usarse no fue necesario disearlos, sin embargo el principio de funcionamiento se expone a continuacin. Cada sensor consta de un diodo led emisor de luz infrarroja y un fototransistor receptor. Esto se ilustra en la figura 1.3

Figura 1.3 El diodo led es un dispositivo electrnico que al ser excitado con una cantidad de voltaje(1.5) y corriente(10mA) emite luz, en este caso el diodo led del sensor, emite luz infrarroja no visible para el ojo humano.

El fototransistor tiene una unin PN de colector a base sensible a la luz. Se expone a la luz incidente a travs de una apertura con un lente en el encapsulado del transistor, cuando no haya luz incidente, existe una corriente de fuga pequea de colector a emisor, generada trmicamente (ICEO), se le llama corriente oscura y comnmente est en el orden de los nA. Cuando la luz incide PN colector base se produce una corriente de base I , directamente proporcional a la intensidad luminosa. Esta accin produce una corriente de colector con I . Excepto por la forma en que se genera la corriente de base, el fototransistor se comporta como un transistor bipolar convencional. En muchos casos no hay conexin elctrica a la base. Este tipo de dispositivos suelen ser llamados opto acopladores. Ahora que tenemos implementados los sensores que ayudaran a nuestro carro a relacionarse con el medio podemos dar el siguiente paso: la implementacin del sistema de propulsin. SISTEMA DE PROPLUSIN. Recapitulando, se ha hecho la implementacin de los sensores de luz, y los sensores de presencia, ahora se debe encontrar la forma de manipular adecuadamente las seales entregadas por los sensores, para que nuestro carro pueda moverse hacia adelante, derecha, izquierda y que adems esquive obstculos. Para manipular las seales entregadas por los sensores se ha seleccionado la compuerta lgica O exclusiva y el controlador de motores L293D a continuacin se justifica el uso de este par de dispositivos. El controlador de motores L293D se ha seleccionado para alimentar los motores con la corriente y voltaje ptimos para su funcionamiento, adems nos ofrece la posibilidad de poder controlar, el sentido de giro y la velocidad del motor por modulacin de pulso. El circuito integrado L293D est protegido contra las cargas inductivas producidas por el accionamiento de los motores, adems de que sus salidas son compatibles con voltaje TTL.

A continuacin se muestra un diagrama con la configuracin de las terminales.

Figura 1.4. Configuracin de terminales L293D. Dnde: 1,2 EN y 3,4 EN son terminales de habilitacin, se debe conectar a un ALTO para la habilitacin de lo contrario estar deshabilitado el canal. 1A, 2A, 3A y 4A para controlar el sentido de giro, si 1A recibe un ALTO el motor girar hacia adelante de lo contrario si 2A recibe alto el motor girara hacia atrs, lo mismo sucede con 3A y 4A. Las terminales 4,5, 12 y 13 son conexiones a tierra. 1Y,2Y, 3Y y 4Y son terminales de conexin para cada motor. Vcc1 y Vcc2 alimentacin para los motores.

En la figura 1.5 se muestra como ha sido adaptado a nuestro proyecto el circuito integrado L293D.

Como complemento se ha elegido la compuerta 1.6 se muestra su tabla de funcionamiento.

O exclusiva, en la figura

Figura 1.6.

A 0 0 1 1

B 0 1 0 1

Salida 0 1 1 0

Ahora se conecta la salida del amplificador operacional, a una de las dos entradas de la compuerta lgica, O exclusiva, y que la salida del sensor de presencia la conectamos a la segunda entrada de la compuerta lgica O exclusiva el procedimiento anterior se repite una vez ms para lograr el par de circuitos mostrados en la figura 1.7.

Figura 1.7

El ltimo paso es integrar los sensores de luz, los sensores de presencia al controlador L293D como se muestra en el resumen de diseo, cabe mencionar que se le implemento la funcin de que, cambiando la posicin de un par de jumpers el carro huira de la luz.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: En la figura 1.8 se muestra el carro, cuatro sensores y un par de motores. El principio de funcionamiento se basa, en que cuando hay luz excitando ambos sensores de luz el carro ira hacia adelante tal como se muestra la figura 1.9

Cuando solo detecta luz el sensor luminoso A el carro girar hacia la izquierda asumiendo que la fuente luminosa, se encuentra en esa direccin. tal como lo muestra la figura 1.10

Cuando solo detecta luz el sensor B, el carro girar hacia la derecha asumiendo que la fuente luminosa, se encuentra en dicha direccin esto se ilustra en la figura 1.11. Es as como se logra que el carro siempre siga la direccin, de la fuente luminosa.

Cuando se detecte luz en ambos sensores luminosos, pero el sensor C detecte presencia de un obstculo el carro girar hacia la izquierda para poder esquivar el obstculo como se ilustra en la figura 1.12 cabe destacar que los sensores de presencia estn diseados para detectar a una distancia mxima de diez centmetros, distancia suficiente para que el carro tenga tiempo para esquivar el obstculo antes de chocar.

Cuando se detecte luz en ambos sensores luminosos, pero el sensor D detecte presencia de un obstculo el carro girar hacia la derecha para esquivar el obstculo como se muestra en la figura 1.13.