domingo, 29 de enero de 2017

Autómata sigue lineas (Parte 1)





En este proyecto vamos ha construir un interesante robot sigue lineas. Muchos de vosotros pensareis que existen una gran variedad de robots de este tipo por la red, verdad, pero este es diferente, me refiero ha que no utiliza ningún tipo de microcontrolador  y por supuesto no es programable. Esta pensado para el aprendizaje de la electrónica digital, ideal para los curiosos y autodidáctas,  Explicaré en todo detalle los pasos para el diseño del circuito, componentes y esquemas. No es un curso de electrónica digital, solo mostrare los pasos que he seguido para su construcción, espero que disfrutéis como yo he disfrutado haciéndolo.

La electrónica la he dividido en dos partes bien diferenciadas:

1 Lógica del autómata

Aquí diseñaremos el cerebro del autómata, la dividiremos en tres módulos, funciones de estado(módulo1), flip-flops, reloj(módulo 2) y funciones de salida(módulo3). Para la implementación de la lógica he utilizado las familias lógicas de la serie TTL 74LS. Construiremos tres PCB independientes y luego los conectaremos entre si para una mayor claridad.

2 Electrónica de potencia

Este es el circuito encargado de la interfaz entre la lógica y los motores. Veremos su diseño y su implementación.

La estructura del robot la dejo para vuestra imaginación, yo he utilizado aluminio.


Lógica del autómata (Diseño)

Partiremos de un par de sensores CNY70, estos nos sirviran para detectar la linea negra sobre fondo blanco, en este proyecto utilizaremos uno comercial, el MSE-S110.

En la imagen podemos observar el patillaje y función de cada terminal.




Incorpora dos sensores CNY70 montados sobre una PCB con sus componentes asociados para acondicionar la señal o señales de salida. Los terminales 1 y 2 són la alimentación, en este caso la tensión es de 5v. Entre los terminales 3 y 4 tenemos las señales discretas de los sensores. El funcionamiento es como sigue: cuando uno de los sensores se encuentra sobre una linea negra, la salida asociada al sensor se activa a nivel 1(lógico) y cuando esta esta sobre una linea blanca se activa a nivel 0(lógico), esta señal binaria se aplica a la lógica del autómata.


Vista interior del CNY70.




Esta formado por un LED infrarrojo y un fototransistor. La luz infrarroja del led cuando incide sobre una superficie blanca es reflejada y recogida por la base del fototransistor, esto hace que el transistor se sature y conduzca, al contrario, cuando es una superficie negra, la luz se dispersa y no es captada por la base del fototransistor y en consecuencia el transistor se encuentra en corte.




Diseño de la lógica del autómata

Aqui tenemos el diagrama a nivel de compuertas lógicas. En electrónica digital hay dos grandes grupos de circuitos, los combinacionales y los secuenciales, este es una combinación de ambos. Se trata de un autómata tipo Mealy. Dividiremos el circuito en tres módulos, las funciones de estado, estados, formado por los dos biestables del tipo D y funciones de salida. Las funciones de estado y de salida són del tipo combinacional, estos se tendrán que diseñar, en cambio los flip-flops no.













En el diagrama podemos observar las entradas Si (Sensor izquierdo) y Sd(Sensor derecho), estas señales de entrada provienen del sensor MSE-S110. El primer arreglo de compuertas generan las funciones de estado (Módulo 1), los dos cuadrados son los estados, formados por dos flip-flop del tipo D junto con la señal de reloj (Módulo 2) y por último las funciones de salida Módulo 3.

Vamos!!! al grano


Si,Sd -->variables de entrada
q1,q0 -->variables de estado
Mi,Md-->variables de salida

Codificación de estados (comportamiento del autómata)

      q1  q0

e0    0   0  --> este estado nos dice que sale por la derecha 
e1    0   1  --> este estado nos dice que sale por la izquierda
e2    1   0 --->este nos dice que los sensores están encima de la linea negra.
e3    1   1 --> no utilizado



Pinchar para ampliar

Para entender el comportamiento del autómata, nos vamos ayudar del diagrama de estados. Los círculos representan los estado, tenemos los estados E0,E1,E2, necesitamos dos flip flip del tipo D para representar los estados (q1,q0).  Las lineas que salen de los círculos son las transiciones de los estados, junto a cada linea señalamos las entradas(Si,Sd)/salidas (Mi, Md). Imaginemos que estamos en el estado E2-->(q1=1,q0=0), este estado nos dice que el robot va por buen camino y se mantendrá en este estado mientras las entradas Si=Sd=1 y las salidas Mi=Md=1 (motores activados). 

Si el bichito sale por la derecha, pasara del estado E2-->E0 cuando las entradas (Si=1 y Sd=0) y las salidas Mi=0 y Md=1 (motor Mi parado y Md funcionado para corregir), ahora bien, se mantendrá en el estado E0 si las entradas se encuentran igual que antes o si Si=Sd=0 fijaros en el diagrama. Solo pasara de nuevo al estado E2 cuando las entradas Si=Sd=1 y las salidas Mi=Md=1, el bichito sigue la linea. 

Volvemos al estado E2, si ahora sale por la izquierda pasara del estado E2-->E1 cuando las entradas Si=0 y Sd=1 y las salidas Mi=1 y Md=0 (motor izquierdo activado y derecho parado para corregir), en este momento estamos en el estado E1 y se mantendrá en este estado si las entradas se encuentran igual que antes o si Si=Sd=0. Y por último pasara del E1-->E2 cuando las entradas Si=Sd=1 y las salidas Mi=Md=1 (motores activados). Todo esto esta reflejado de forma gráfica en el diagrama de estados.

Montaje del módulo 1


El primer paso es montar el módulo 1, que consta de las funciones de estado. En el diagrama lógico podemos ver como se conectaran las compuertas del módulo 1. Tendréis que hacer la PCB vosotros mismos, hay multitud de programas por la red para la creación de placas, jo he utilizado el pcbwizard. Ojo muy importante, en el diseño del circuito necesitamos las entradas Si,Sd para los sensores cny70 más dos salidas Si,Sd que las necesitaremos para el módulo 3. También necesitaremos dos entradas q1,q0 que vendran del módulo 2, són las salidas de los flip flop tipo D y dos salidas más que excitaran las entradas del los flip flop. El módulo se alimenta a 6v, cuatro pilas AA.

Lista de componentes

1 Placa virgen PCB
1 74LS14 NOT
1 74LS11  AND 3input
1 74 LS08 AND 2 input
1 74LS32 OR 2 input
conectores y cables varios

En la próxima entrega armaremos el módulo 2. Para cualquier duda, que las habrá, no dudéis en comentarlas.



jueves, 11 de septiembre de 2014

555 en versión gigante




Hace pocos días llego a mis manos una versión en formato gigante del famoso circuito integrado 555. El kit incluye la PCB y todos los componentes, las herramientas necesarias para su montaje són, soldador, alicates, estaño y destornillador.

Básicamente el kit reproduce los bloques del 555 en formato discreto, es decir, hecho con transistores y resistencias. Los circuitos que se pueden realizar són los mismos que en su versión integrada, monoestable, astable y biestable (Flip-Flop).

Es un kit imprescindible que no puede faltar en ningún taller del aficionado a la electrónica. Se puede comprar aquí  555


viernes, 21 de diciembre de 2012

Robot sigue lineas (no microcontrolado) y con memoria

 








Hola de nuevo, siguiendo con mi línea de construir robots no microcontrolados por razones que ya he comentado en otras ocasiones, os presento es esta ocasión a un robot sigue lineas muy curioso.Por norma general, la mayoría de sigue lineas que no están gobernados por ningún micro, si no se les dota de una memoria para que sepan si han salido por la derecha o izquierda, al salir de la linea completamente, tienden a pararse o no saben encontrar de nuevo el camino.Pues bien, dándole al coco jejeje, he diseñado un circuito puramente digital construido solo con compuertas lógicas que le dota de memoria al bicho.Si sale completamente de la linea sabe si ha salido por la derecha o izquierda y vuelve ha encontrar la linea.
Personalmente para mi ha sido muy gratificante construir y diseñar este circuito, ya que he ampliado mis conocimientos de electrónica digital.

Ahora vamos a detallar de una forma general y sin entrar en detalles las partes principales del robot.
La electrónica la he dividido en tres partes,la sensorial,control y potencia(actuadores).La mecánica la dejo a libre elección, yo he utilizado una base de aluminio, pero se puede utilizar otro tipo de material.
Para el montaje y conexionado de los componentes, he utilizado una placa de topos, pero si se quiere un acabado más profesional, se puede diseñar el PCB.

Sensor MSE-S110 

El sensor MSE-S110 es un sensor comercial, esta dotado de dos cny70 con la señal acondicionada.Para los más manitas, se pueden construir uno, pero por el bajo coste no vale la pena.


Circuito lógico

Esquema del circuito a nivel de compuertas.



La familia lógica utilizada para la implementación del circuito es la TTL(Lógica Transistor-Transistor).Cuatro compuertas OR (IC 74LS32), cuatro compuertas AND (IC74LS08) y cuatro compuertas NOT (IC74LS04).Los dos recuadros en rojo, son las entradas que excitan al circuito, estas señales provienen de los sensores CNY70,  marcadas como inputSi(Sensor izquierdo) y inputSd(sensor derecho).

La salida 3 de la compuerta OR se conecta al motor izquierdo y la salida 6 al motor derecho.Lógicamente antes de excitar los motores, estas señales son amplificadas por la etapa de potencia que veremos a continuación.

Etapa de potencia



Las señales procedentes del circuito lógico, no son lo suficientemente fuertes para excitar los motores, previamente tendrán que se amplificadas.Esto se consigue con un transistor en emisor común, funcionando en conmutación (corte,saturación).Con esto conseguimos una ganancia en corriente en el colector respecto a la base.Es en el colector donde conectamos los motores.


En la imagen se puede apreciar el montaje de los dos circuitos, son idénticos, uno para el motor izquierdo y el otro para el derecho.
Alimentación

El sensor y la lógica trabajan a 5v, pero se alimenta a través de un pila de 9v, hay que intercalar un circuito regulador de voltaje a 5v, esto se consigue con el ic 7805.

Las etapas de potencia trabajan a 6v, cuatro pilas del tipo AA.

IMPORTANTE
El negativo de los motores y de la lógica tienen que ser común.

Lista de componentes

1 74ls32
1 74ls08
1 74ls04
1 7805 (regulador de voltaje)
2 condensadores
2 BD135 NPN
2 Resistencias 2200 ohmios 1/2w (resistencias de polarización de los transistores)
2 Diodos 1n4001 o 1n4007
1 Mse-s110 (sensor cny70)
2 Servos futaba (trucados)
1 Placa de topos 7cm x 7 cm
1 Porta pilas AAX4
1 Conector 9v pila

Un video




Un saludo y espero que guste.



martes, 8 de noviembre de 2011

Entrenador Universal para Microcontroladores Picaxe

.


Hacía tiempo que quería introducirme en el mundo de los Pic's,pero no me decidía que plataforma utilizar.Mis primeros pasos los empecé con el sistema de Parallax,muy buenos por cierto,pero carísimos!!! luego tuve un intento con los de Microchip,pero lo deje por que eran difíciles de implementar.Por último encontré este sistema,fácil de implementar des del punto de vista del hardware y de programación.Solo necesitas un ordenador con puerto serial,el editor de programas(descarga gratuita) y el microcontrolador con algun componente y listo!!!.Hay dos modalidades de programación,en Basic (el de toda la vida) y mediante organigrama..

Esta es la web oficial (aquí podemos baja la última versión del editor de programas)



Aquí podemos comprar



Tutorial de iniciación (muy bueno)

http://www.tecnologiafacil.net/documentacion/Curso_Picaxe.pdf

Este entrenador es ideal para hacer todo tipo de prácticas con los microcontroladores Picaxe,soporta los encapsulados de 8,18,28 y 40 pìnes.





Para la realización de las prácticas incluye un relé,display 7 seg.,pulsadores,led's de salidas para visualizar estados lógicos,generador de niveles lógicos con microinterruptores y como no ,la protoboard para armar los circuitos.También incluye la fuente de alimentación.


Si alguien esta interesado en armar uno,les puedo pasar los esquemas eléctrico de los módulos sin ningún compromiso.


Un saludo

miércoles, 10 de agosto de 2011

Sonda lógica con display 7 segmentos TTL





La sonda lógica es un instrumento de suma utilidad cuando hay que analizar circuitos digitales.Como la mayoría de vosotros ya sabéis,los circuitos digitales solo trabajan con dos estados o niveles de tensión.Si hablamos de lógica TTL(lógica transistor-transistor) la tensión booleana para el 1 lógico es de +5v y para el 0 lógico es 0v,esta sonda es para analizar circuitos del tipo TTL.





Este es el diagrama eléctricos de la sonda.


Lista de materiales
1 ic7404
1 Display 7 segmentos de ánodo común
1 transistor NPN 2N3904
1 Resistencia 1k
1 Resistencia 10k
1 Resistencia de 470
5 Resistencias de 220
1 Base ic 14 pines
2 Pinzas de cocodrilo roja y negra
1 Punta
cable rojo y negro



Para el chasis del circuito yo he utilizado una funda de plástico de CD.



Funcionamiento del circuito.
El circuito esta dividido en dos partes marcadas como H y L.La etapa H indica una condición alta (1 lógico),la forman las resistencia R2,R3 y R8,el transistor Q1 y los inversores D y E del circuito IC 7404.

La etapa L indica una condición baja (0 lógico),la forman las resistencias R1,R4,R5,R6 y R7 y los inversores A,B y C del circuito IC 7404.



Los inversores B y C forman un buffer de corriente.Su salida controla los segmentos a,b,g y f del display.Cuando este punto es bajo los leds de estos segmentos se iluminan,mostrando un cero en el display.En resumen,cuando se aplica un bajo (0 voltios) a la entrada el inversor A recibe un bajo a través de R1,entrega un alto al buffer C,D y este suministra un bajo a los segmentos a,b,g y f a través de R4,R5,R6 y R7.



Los inversores D y E forman también un buffer de corriente,su salida controla el segmento e del display.Cuando ese punto es bajo,por efecto de un alto en la entrada,el led de este segmento se ilumina,mostrando un 1 en el display.En resumen,cuando se aplica un alto en la entrada el transistor q1 recibe un alto en su base a través de la resistencia R2 y conduce,aplicando un alto a la entrada del buffer C,D.Este último suministrar un bajo al segmento e del display.



Cuando se aplica un tren de impulsos a la entrada,se suceden alternativamente los dos casos expuestos,iluminando los segmentos a,b,e,f y g y el display muestra la letra P,que significa pulsos.



Como podéis apreciar es un montaje fácil,práctico y muy útil!!!



Byte!!




sábado, 9 de abril de 2011

Robot sigue luz


Con un poco de imaginación este es el aspecto final del bicho.Como podeis observar en la foto el montaje es muy fácil,la estructura es un trozo de tubería de pvc que se venden en ferreterias,se hacen un par de agujeros a la medida de los servos y se montan,luego una rueda loca y ya tenemos el sistema de locomoción armado.


Aquí un video del robot funcionando,espero que guste!!!



domingo, 27 de marzo de 2011

Circuito electrónico para robot sigue luz

Hola de nuevo,en esta ocasión quiero brindaros un interesante circuito para armar un robot del tipo sigue luz.

El circuito esta dividido en dos módulos,el módulo sensorial y el de control.Vamos a detallar cada una de sus partes con un poco más de detalle.


La idea es como sigue:el sensor consta de tres detectores (LDR,resistencias fotosensibles),designadas como Si (sensor izquierdo) Sc (sensor central) Sd (sensor derecho),ya tenemos tres variables de entrada,luego dos salidas Mi (motor izquierdo) y Md(motor derecho).


Ahora vamos a definir el comportamiento.

Cuando la luz incida sobre el sensor central,quiero que los motores Mi y Md se pongan en marcha (el robot avanzará),cuando la luz incida sobre el sensor Si (sensor izquierdo) quiero que el motor Mi este parado y el Md activado (giro a la izquierda),y por último cuando la luz incida sobre Sd(sensor derecho) el motor Mi activado y Md desactivado (giro a la derecha).Para las de mas condiciones los motores desactivados.

Con toda esta información ya podemos confeccionar una tabla de verdad que nos permitirá implementar el circuito lógico combinatorio.


Esquema eléctrico de uno de los sensores (hay que hacer tres iguales)



Esta es la tabla (pinchar para ampliar)


Circuito sensorial una vez terminado



Una vez ya tenemos las tres señales acondicionados,se aplican al módulo combinatorio formado con compuertas NAND/NOT,el circuito lógico se ha hecho a partir de la tabla de verdad antes mencionada,en la imagen se puede apreciar la interconexión de las puertas.Una de las salidas ira conectado al motor izquierdo y la otra al motor derecho.


El módulo una vez terminado


Esta es la lista de componentes


3 IC 74LS20N


1 IC 74LS04


1 IC74LS14


3 Resistencias 220 ohmios 1/4w


2 Resistencias 4k7 ohmios 1/4w


2 transistores bd135 npn


3 diodos led's rojos 3mm


3 Ldr's


3 Resistencias variables 47k


Un video

Para cualquier duda o sugerencia no dudéis en comentarla!!!