lunes, 20 de julio de 2009

Un carrito seguidor de linea sencillo

Este es el avance de un muy simple seguidor de lineas basado en un fototransistor y un diodo emisor infrarrojo o en el conocido optoacoplador CNY70 como sensores de reflejo de luz ( se necesitan dos pares led-fototransistor) , dos comparadores de los 4 que se encuentran en el chip del LM 339 quad comparator ( tambien podemos usar el dual comparator LM 358) 4 potenciometros , 2 para el nivel de comparacion de blanco en el sensor de luz y dos para el pull up del comparador para bajar la corriente del transistor y por tanto bajar la velocidad de los motorcitos ( en el caso de usar el LM339) , se pueden reemplazar por una resistencia fija cuando se consigue la calibración deseada , el circuito mostrado funciona con 3 voltios por tanto los motorcitos de carritos de juguetes que funcionan con 2 pilas se pueden facilmente usar en este simple proyecto ; sin embargo subiendo las resistencias del led y la resistencia de colector del fototransitor puede adaptarse para 6V, 9V o 12 voltios según los motores que se disponga :


D1/Q1 y D2/Q3 son el par emisor IR y fototransistor. Tambien puede ser el CNY70 que es mas facil para implementar. Los potenciometros R1 y R10 ajustan el nivel de voltaje que determina cuando el sensor está encima de la linea blanca , se debe ajustar cuidadosamente. Los potenciometros R5 y R6 determinan el pull up del comparador solo para el caso de usar el LM339 y por tanto al controlar la corriente determinan la velocidad de los motorcitos . Q2 y Q4 son transistores de mediana potencia como el 2N222 de uso general o el 2N3553 o equivalente del tipo NPN capaz de manejar la corriente que demanda el motor. Los motorcitos pueden ser tomados de carritos de juguete que funcionen a 3 voltios. Faltan dos diodos que van en inversa en paralelo con cada motor al igual como se hace con los relays para proteger de la contracorriente que se forma al desconectar una carga inductiva. El detalle de la protección de los diodos para los picos inversos de desconexión se da aquí : Sobre los comparadores LM339 es importante remarcar que las salidas de los comparadores del LM339 son del tipo open colector ( colector abierto), por lo tanto siempre deberá colocarse una resistencia "pull up" a +VCC ( en este caso es regulada por el potenciometro). La eleccion de esa resistencia depende de la carga que se desea alimentar, pero se ha de tener en cuenta que cuando la salida pasa a cero esa corriente que antes la carga pedía cuando la salida estaba en uno, ahora debe absorberla el LM339 y por hojas de datos (current sink = coriente de sumidero) esta no debe superar 16 mA tratemos de ajustarla 10 mA como corriente de base del transistor.Los comparadores tienen una etapa de salida de colector abierto, lo que permite suministros de alimentación por separado para las partes analógica y digital , es decir podemos mantener la parte de 3 voltios para el circuito y alimentar solo el motor con 6 voltios o más si fuera necesario. Uno de los sensores más usados debido a que viene encapsulado , es decir led IR y fototransistor en un solo envase y muy próximos es el CNY70 un optoacoplador reflexivo , en el dispositivo vienen solo el led y el fototransistor con el objeto de poder añadir externamente sus resistencias de led y de colector respectivas de acuedo a a alimentación que usaremos , si no tenemos este optoacoplador igual podemos usar un led separado del fototransitor que consigamos , como las corrientes a manejar son pequeñas los valores no son críticos mientras no se excedan los 20 mA para el led y un mínimo de 1k ( 5k por seguridad ) para el resistor de colector del fototransitor , sin embargo a mayor resitencia de emisor se consigue mayor ganancia , de como es sensado el piso se muestra en la figura: Teniendo ya los sensores de linea debemos digitalizar esa salida que es análoga de acuerdo al reflejo del piso , la forma mas sencilla es usar comparadores para obtener una salida digital que determine un "blanco" o un "negro" . En estos esquema se explicará el funcionamiento para el comparador 358 en caso de que no se consiga el LM339 que es "open colector" Como regla general y debido a que los voltajes están referidos a tierra observemos que el comparador tiene dos entradas : una + y otra - ,la regla práctica fuera de fórmulas es muy sencilla : Cuando el voltaje en el terminal + es mayor que el voltaje en el terminal - la salida del comparador es ALTA ( se enciende el led) ,si allí ponemos la resistencia de base del transistor este se activa y el motor colocado en su colector GIRA. Cuando el voltaje en el terminal + en MENOR que el voltaje en el terminal - la salida del comparador en BAJA , si está conectada a la resistencia de base del transistor , el motor colectado en su colector NO GIRA. De esta manera podemos detectar si los sensores están sobre una linea blanca o una linea negra ,de acuerdo al diseño que escogemos , en un caso cuando los dos sensores esten en zona blanca ( con la linea negra entre ellos) el carrito avanza de frente , en una curva a la derecha el sensor izquierdo ve "blanco" pero el sensor de la derecha ve "negro" , se debe detener la rueda derecha consiguiendo el giro hacia la derecha. De modo inverso cuando los dos sensores esten en zona negra ( con la linea blanca entre ellos) el carrito avanza de frente , en una curva a la derecha el sensor de la izquierda sigue viendo "negro" pero el sensor derecho ve "blanco" , se debe detener la rueda derecha consiguiendo el giro hacia la derecha .Esto lo explicamos en los siguientes diagramas: Ahora observemos el caso opuesto:

Un circuito en el cual usamos el opam LM358 como comparador simple para controlar un motorcito simple de 6 voltios de poca corriente es el siguiente:
Como sabemos son dos circuitos iguales uno para cada motor (derecho e izquierdo) como se explicó , cuando los dos sensores "ven" zona blanca ( con una linea negra entre ellos ) los dos motores funcionarán y el carrito avanza en linea recta , en una curva , por ejemplo a la derecha el primero en ver "negro" es el sensor de la derecha y debe detener a la rueda derecha para hacer que el carrito gire hacia ese lado . Como vemos el sensor derecho controla la rueda derecha y el sensor izquierda controla la rueda izquierda. Sin embargo en varios ejemplos que encontramos en internet los motores van "cruzados" esto se hace solo cuando los dos sensores van DENTRO de la linea. En caso de usar el comparador LM339 se debe considerar que su salida es a colector abierto por lo que necesita una resistencia de elevación de voltaje llamada "pull up" su funcionamiento lo explico en el siguiente diagrama: Antes de insertar en el circuito los comparadores a usar debemos probar su correcto funcionamiento en el protoboard así estaremos seguros que una posible falla no se debe a ellos , el diagrama siguiente nos dará un método simple que sirve para testear cualquier opam configurado como comparador aún sea a colector abierto como en el caso del LM339 , podemos probar los 741 , 311 , 324 ,339 , 358 ,etc siempre y cuando conectemos los pines correctos para cada comparador esto lo encontramos en el datasheet del integrado . En este caso el ejemplo está basado en uno de los 4 compardores que trae el LM339. Vamos a probar una de las dos partes simétricas del conjunto usando el LM339 ,en el circuito original se ha cambiado la resistencia de colector del fototransitor por una de 22k , el circuito es el siguiente:En este pequeño video de ensayo en protoboard se aprecia que el sensor ( CNY70 ) detecta sin problemas la zona blanca y negra ,el led está conectado como en la forma de prueba del diagrama publicado más arriba , el led infrarrojo del detector está con una resistencia de 100 ohmios para 3 voltios de alimentación y la resistencia de colector si se subió a 22 kohmios para aumentar la ganancia , a pesar de tener una lámpara muy cerca la luz exterior no influye mucho al hacer la detección , cuando está en zona blanca el led está apagado porque la salida del 339 se vá a alta , cuando el sensor está sobre zona negra la pata 4 del 339 es mayor ( se va a 3 voltios ) que la pata 5 y por tanto la salida del opam es baja y se enciende el led:

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Una foto del CNY70 soldado en una plaquita de bakelita ,usando un potenciometro de ajuste pequeño y los transistores 2N2222 bien cortos alli podria estar todo el circuito Sin embargo para probar solo los sensores para otros circuitos lo más recomendable es un montaje de este tipo: Es importante conocer bien el CNY70 antes de soldarlo o conectarlo al protoboard , sus pines están tan juntos que no se pueden insertar en el protoboard porque los caminos de este están unidos y hariamos corto para testearlo , es mejor soldarlo en una plaquita externa cuidando que los puntos de soldadura no unan los pines , el diagrama es el siguiente y es bueno tenerlo en cuenta para no cometer errores , la luz infrarroja no es visible pero la cámara fotografica o de video si la detecta:Finalmente añadimos la parte de control de potencia , en este caso un transistor de uso general y de mediana potencia : el conocido 2N2222 , en este caso le pusimos una resistencia de 270 ohmios como resistencia de base fija ( sin potenciometro ) y lo conectamos a un pequeño motor extraido de una lectora de cd (funcionan a 5 voltios) .En este video se muestra el resultado , ahora sobre superficie blanca gira el motor y sobre superficie negra se detiene , invirtiendo los pines + y - del opam se puede conseguir el procedimiento inverso

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Los resultados finales del proyecto expuesto en Colombia son los siguientes:


Fotos y video del seguidor de lineas

De: ♫λðЯÎдп®♪ §uλяЭź♫♪▒™ (rad2_28@hotmail.com)
Enviado: lunes, 02 de noviembre de 2009 06:25:04 p.m.
Para: Jorge Flores (hokkaido_peru@hotmail.com)

Hola jorge aquí están las fotos y el vídeo muchas gracias por toda tu ayuda las exposiciones fueron el 27 y 28 de octubre todos los que lo vieron les gusto mucho y este proyecto fue el mejor de todo el colegio según me dijeron todo los profesores y las personas que vieron todo ademas de ser el único en su especie , gracias sin tu ayuda no habría podido hacer esto.









Aquí está el video del funcionamiento del seguidor , felicitaciones rad :