Date post: | 18-Feb-2016 |
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Robot Seguidor De Lineas
1. MARCO TEÓRICO
1.1. SENSOR CNY70
El CNY70 es un sensor óptico reflexivo que tiene una construcción compacta dónde el emisor de
luz y el receptor se colocan en la misma dirección para detectar la presencia de un objeto utilizando
la reflexión del infrarrojo sobre el objeto. La longitud de onda de trabajo es 950nm. El detector
consiste en un fototransistor.
Características.
La construcción compacta con distancia de del centro-a-centro de 0.1 ' (pulgadas)
No necesita ningún ambiente especial
Señal de salida alta
El coeficiente de temperatura bajo
Detector provista de filtro óptico
El ratio de corriente de transferencia (CTR) típico es del 5%
Aplicaciones.
Escáner optoelectrónico y detector de movimiento de objetos, es decir, sensor de índice,
lectura de discos codificados etc., (codificador optoelectrónico montado como sensor de
cambio de marcha).
El CNY70 devuelve por la pata de salida correspondiente, según el montaje, un voltaje
relacionado con la cantidad de rayo reflectado por el objeto. Para el montaje A, se leerá del
emisor un '1' cuando se refleje luz y un '0' cuando no se refleje. Para el montaje B los valores
se leen del colector, y son los contrarios al montaje A.
Si conectamos la salida a una entrada digital del microcontrolador, entonces obtenedremos
un '1' o un '0' en función del nivel al que el microcontrolador establece la distinción entre
ambos niveles lógicos. Este nivel se puede controlar introduciendo un buffer trigger-schmitt
(por ejemplo el 74HC14, ¡ojo que es un inversor!) entre la salida del CNY70 y la entrada
del microcontrolador. Este sistema es el que se emplea para distinguir entre blanco y negro,
en la conocida aplicación del robot seguidor de línea.
Otra posibilidad es conectar la salida a una entrada analógica. De este modo, mediante un
conversor A/D se pueden obtener distintos valores. Esto permite la detección dinámica de
blanco y negro (muy útil cuando el recorrido presenta alteraciones en la iluminación). Pero
también, si empleamos el sensor con objetos de distintos color, establecer un mecanismo
para la detección de los distintos colores, determinando los valores marginales que separan
unos colores de otros. Esto permite emplear el sensor para alguna aplicación donde la
detección del color sea necesaria.
1.2. Resistencias.
El símbolo de la resistencia es:
Una resistencia también llamado resistor es un elemento que causa oposición al paso de la corriente, causando que en sus terminales aparesca una diferencia de tensión (un voltaje).La máxima cantidad de corriente que puede pasar por una resistencia, depende del tamaño de su cuerpo. Los valores de potencia comunes de las resistencias son: 1/4, 1/2, 1 watt, aunque hay de valores mayores.
Las resistencias se representan con la letra R y el valor de éstas se mide en Ohmios (Ω).
Las resistencias o resistores son fabricadas principalmente de carbón y se presentan en en una amplia variedad de valores. Hay resistencias con valores de Ohmios (Ω), Kilohmios (KΩ), Megaohmios (MΩ).
1.3. Transistor 2n2222
El 2N2222, también identificado como PN2222, es un transistor bipolar NPN de baja potencia
de uso general.
Sirve tanto para aplicaciones de amplificación como de conmutación. Puede amplificar
pequeñas corrientes a tensiones pequeñas o medias; por lo tanto, sólo puede tratar potencias
bajas (no mayores de medio Watts). Puede trabajar a frecuencias medianamente altas.
Función Los transistores amplifican corriente, por ejemplo pueden ser usados para amplificar
la pequeña corriente de salida de un circuito integrado (IC) lógico de tal forma que pueda
manejar una bombilla, un relé u otro dispositivo de mucha corriente. Un transistor puede ser
usado como un interruptor (ya sea a la máxima corriente, o encendido ON, o con ninguna
corriente, o apagado OFF) y como amplificador (siempre conduciendo corriente). La cantidad
amplificada de corriente es llamada ganancia de corriente, β o hFE.
Tipos de transistores
Hay dos tipos de transistores estándar, NPN y PNP, con diferentes símbolos de circuito. Las
letras hacen referencia a las capas de material semiconductor usado para construir el
transistor. La mayoría de los transistores usados hoy son NPN porque este es el tipo más fácil
de construir usando silicio. Si tú eres novato en la electrónica es mejor que te inicies
aprendiendo cómo usar un transistor NPN. Los terminales son rotulados como base (B),
colector (C) y emisor (E). Estos términos se refieren al funcionamiento interno del transistor
pero no ayuda mucho a entender cómo se usa, así que los trataremos como rótulos! Símbolos
de transistores Un par Darlington consiste en un par de transistores, o bien NPN o PNP,
conectados juntos dentro de un mismo encapsulado, para dar una ganancia de corriente muy
alta. Además de los transistores estándar (juntura bipolar), existen los transistores de efecto
de campo los que son conocidos como FET (field effect transistor). Tienen un símbolo de
circuito distinto y su funcionamiento y propiedades respecto del transistor estándar también
es bastante diferente.
1.4. Diodo LED
El LED (Light-Emitting Diode: Diodo Emisor de Luz), es un dispositivo semiconductor que emite luz
incoherente de espectro reducido cuando se polariza de forma directa la unión PN en la cual circula por él
una corriente eléctrica . Este fenómeno es una forma de electroluminiscencia, el LED es un tipo especial de
diodo que trabaja como un diodo común, pero que al ser atravesado por la corriente eléctrica, emite luz . Este
dispositivo semiconductor está comúnmente encapsulado en una cubierta de plástico de
mayor resistencia que las de vidrio que usualmente se emplean en las lámparas incandescentes. Aunque el
plástico puede estar coloreado, es sólo por razones estéticas, ya que ello no influye en el color de la luz
emitida. Usualmente un LED es una fuente de luz compuesta con diferentes partes, razón por la cual el patrón
de intensidad de la luz emitida puede ser bastante complejo.
APLICACIONES
– Iluminación de interiores (hogares, comercios, hospitales, etc.).
– Iluminación exterior de edificios y fachadas en general.
– Ambientación interior en general.
– Decoración.
– Cabina de ascensores.
– Pasillos interiores de casas, comercios, hospitales, etc.
– Escaleras y sus escalones.
– Calles y parques.
– Estacionamientos de coches en exteriores e interiores.
– Linternas en general.
– Paneles informativos y publicitarios.
– Faros de coches.
– Semáforos de tráfico.
– Juguetes.
– Guirnaldas y adornos navideños.
– Rayo láser (luz coherente de color rojo, verde o azul).
– Retroiluminación de pantallas TFT de televisores.
– Pantallas gigantes de televisión (“Jumbo”).
1.5. MOTORREDUCTOR
Los Reductores y los Motorreductores son elementos mecánicos muy adecuados parael accionamiento de todo tipo de máquinas y aparatos de uso industrial, que senecesiten reducir su velocidad de una forma eficiente, constante y segura.
Las ventajas de usar Reductores y/o Motorreductores son:
Alta eficiencia de la transmisión de potencia del motor.Alta regularidad en cuanto a potencia y par transmitidos.Poco espacio para el mecanismo.Poco tiempo de instalación y mantenimiento.Elemento seguro en todos los aspectos, muy protegido.Los motorreductores se suministran normalmente acoplando a la unidad reductora unmotor eléctrico normalizado asincrónico tipo jaula de ardilla, totalmente cerrado yrefrigerado por ventilador para conectar aredestrifásicas de 220/440 voltios y 60Hz.Para proteger eléctricamente el motor es indispensable colocar en la instalación detodo Motorreductor un
guarda motor que limite la intensidad y un relé térmico desobrecarga.Los valoresde las corrientes nominales están grabados en las placas deidentificación del motor.Normalmente losmotoresempleados responden a la clase de protecciónIP-44 (SegúnDIN 40050). Bajo pedido se puede mejorar la clase de protección en los motores y unidades de reducción.
1.6. CAUTINEl cautín es una herramienta eléctrica muy sencilla que posee un conjunto de
elementos que al estar correctamente conectados van a generar en una barra
de metal el calor suficiente para poder derretir los distintos metales (estaño,
oro, etc.) utilizados para las soldaduras de los circuitos eléctricos y
electrónicos. El mismo está compuesto por cinco elementos básicos y
fundamentales para su funcionamiento correcto.
Barra de metal
Alambre cobre
Cable de conexión
Enchufe
Estructura de plástico o madera
1.7. ALICATES
Los alicates para usos electrónicos los elegiremos de tal forma que nos sean lo
más útiles posible.
Alicates de punta redonda están particularmente adaptados para doblar
extremos de hilos de conexión.
Alicates de puntas planas (de superficie interna grabada o lisa).
Alicates de puntas finas, curvadas.
Finalmente, las llamadas pinzas de muelle, del todo similares a las que usan los
coleccionistas de sellos, son muy útiles para sostener los extremos de los hilos de
conexión en la posición adecuada durante la soldadura con estaño.
Aquí vemos tres tipos de alicates de los más corrientes para el trabajo del
electrónico. El de puntas redondas es particularmente útil para hacer anillas en
los extremos de los hilos de conexión, el de puntas curvas sirve para alcanzar
lugares de difícil acceso y el de corte sirve para cortar conductores.
1.8. BATERIA
Las pilas alcalinas también llamadas baterías alcalinas (una batería es un conjunto de
varias celdas electroquímicasindividuales) o pila tipo Malloryson, son un tipo de pilas
eléctricas que obtiene su energía de la reacción química entre el zinc y el dióxido de
manganeso (MnO2), empleando hidróxido de potasio como electrolito.1 Se señalan en el
envase con una "L".2
Las pilas y baterías alcalinas utilizan hidróxido de potasio como electrolito, en lugar de cloruro
(cloruro de amonio o cloruro de zinc) de las pilas salinas (o pilas de zinc-carbono) que ofrecen
el mismo voltaje nominal y el mismo tamaño físico. Otros sistemas de pilas y baterías también
utilizan electrolitos alcalinos, pero emplean distintos materiales activos en los electrodos.
En comparación con las pilas salinas (las de zinc-carbono, de Leclanché o las posteriores
de cloruro de zinc), aunque todas producen aproximadamente 1,5 voltios por celda o célula,
las pilas alcalinas tienen una densidad de energía mayor y una vida útil más larga.
En comparación con las pilas de óxido de plata, contra las que habitualmente compiten las
alcalinas en el formato de botón, tienen menor densidad de energía y menor duración, pero
también más bajo costo.
1.9. ESTAÑO
El estaño que se utiliza en electrónica tiene alma de resina con el fin de
facilitar la soldadura. Para garantizar una buena soldadura es necesario que
tanto el estaño como el elemento a soldar alcancen una temperatura
determinada, si esta temperatura no se alcanza se produce el fenómeno
denominado soldadura fría. La temperatura de fusión depende de la aleación
utilizada, cuyo componente principal es el estaño y suele estar comprendida
entre unos 200 a 400 ºC.
En realidad, el término "estaño" se emplea de forma impropia porque no se trata
de estaño sólo, sino de una aleación de este metal con plomo, generalmente con
una proporción respectiva del 60% y del 40%, que resulta ser la más indicada
para las soldaduras en Electrónica.
Para realizar una buena soldadura, además del soldador y de la aleación descrita,
se necesita una sustancia adicional, llamada pasta de soldar, cuya misión es la de
facilitar la distribución uniforme del estaño sobre las superficies a unir y
evitando, al mismo tiempo, la oxidación producida por la temperatura demasiado
elevada del soldador. La composición de esta pasta es a base de colofonia
(normalmente llamada "resina") y que en el caso del estaño que utilizaremos, está
contenida dentro de las cavidades del hilo, en una proporción del 2~2.5%
1.10. CINTA AISLANTE
La cinta aislante (conocida también como cinta aisladora o cinta de aislar) es un tipo
de cinta adhesiva de presión usada principalmente para aislar empalmes de hilos y cables
eléctricos. Este tipo de cinta es capaz de resistir condiciones de temperaturas extremas,
corrosión, humedad y altos voltajes. La cinta está fabricada en material de PVC delgado, con
un ancho generalmente de 14 mm; uno de los lados de la cinta está impregnado con un
adhesivo. El PVC ha sido elegido por ser un material de bajo costo, flexible y tener excelentes
propiedades de aislante eléctrico, aunque posee la desventaja de endurecerse con el tiempo y
el calor.
Puede fabricarse en varios colores, siendo el más común el negro.
1.11. CABLES
Son los elementos que proveen la trayectoria para el flujo de la corriente en
las instalaciones eléctricas. Con los conductores eléctricos se hace la distribución de la energía eléctrica para el control yconsumo de los equipos de la instalación.
Las partes de un conductor, son las siguientes:
a) Alma conductora: es la parte que lleva toda la corriente de consumo.
Los materiales comúnmente utilizados son el cobre y el aluminio, pero con más
frecuencia de aluminio.
b) Aislante: se encarga de separar o aislar el flujo de corriente del exterior, para
evitar cortocircuitos y la electrocución. Este se fabrica de un
material termoplástico o en hule.
c) Cubierta protectora: no todos la traen, esta se encarga de proteger el material aislante y el arma conductora contra daños físicos y químicos. Se construye
generalmente de nylon, esto varía según el ambiente al que se vaya a utilizar.
2. OBJETIVOS
2.1. OBJETIVO GENERAL
Armar el circuito robot seguidor de línea en base al sensor óptico CNY70 y asi permitir
la exploración de lugares inaccesibles para reemplazar la mano del hombre sin poner
la vida en riesgo del mismo.
Realizar el montaje con los dispositivos correspondientes para su posterior uso.
2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.
Realizar el robot seguidor de línea.
Quemar el diagrama del circuito esquemático en el ácido correspondiente y dejarlo
reposar.
Poner en marcha el circuito ya habiendo terminado con el armado, cálculo y
mediciones que permitan el buen funcionamiento de dicho proyecto.
3. JUSTIFICACION
Este proyecto fue realizado con la finalidad de mostrar el desarrollo tecnológico que se
muestra en nuestro diario vivir, y que además se lo puede implementar con distintas
finalidades dentro del campo de la industria y el transporte.
Nuestra visión esta marcada en una de las varias funciones que cumple el robot seguidor
de línea que es el transporte de materiales u objetos que le sean complicados al hombre o
simplemente no poner en riesgo la vida humana, de modo que se pueda reemplazar la
mano del hombre por la del robot mediante la automatización, y ahorrar tiempo para asi
poder lograr mayor y mejores resultados que le sean de utilidad a las empresas o
industrias que posean dicho robot.
Mencionar que con este proyecto lo que se busca es dar a conocer a los alumnos de
grados inferiores y a todo el colegio Nacional Calama que opten por elegir la especialidad
de electricidad, para crear juventud de bien fortaleciendo la creatividad e iniciativa de
cada estudiante, muy aparte demostrar a todo el municipio de Quillacollo que la
institución siempre se encarga de innovar y poner a la practica los conocimientos para los
retos que nos muestra una vida llena de competitividad y oportunidades.
4. PROCEDIMIENTO
PRIMER PASO.
Realizamos el diagrama del circuito robot seguidor de línea viendo cada uno de los
componentes que lo integran.
SEGUNDO PASO.
Ya teniendo los dispositivos que se requieren comenzamos con el montaje en el
protoboard por seguridad y realizar pruebas.
TERCER PASO.
Analizamos el comportamiento de los sensores ópticos y demás elementos para ver
que efectos producia dentro y fuera de la línea negra.
CUARTO PASO.
Se comenzó con las pruebas y simulación dentro de una pista para el robot seguidor
de línea para su posterior buen funcionamiento.
QUINTO PASO.
Ya habiendo concluido las pruebas a las que fue sometida; el robot ya puede depender
por si mismo sin la intervención de nosotros.
5. SEGURIDAD INDUSTRIAL
Se debe tener en cuenta las siguientes normas de seguridad:
Use la manga de la camisa por encima del codo.
Evite que alguna prenda sea cogida equipos
Quítese todas las prendas o joyas, por ser causantes de ciertos accidentes.
Pónganse siempre las prendas de protección tales como : Guantes, lentes, casco, etc.
Al empezar a trabajar con herramientas:
Cuide el manejo y empleo de las herramientas en forma correcta, no solo cuando esta trabajando sino en cualquier momento.
Emplee los dispositivos protectores para guardar las herramientas en el lugar correspondiente del almacén.
Evite emplear equipos defectuosos si desconoce su funcionamiento o aplicación.
Al empezar a trabajar con maquinas:
Ponga en funcionamiento una maquina teniendo en cuanta que las partes mecánica y eléctrica estén en perfectos condiciones.
Desconecte las líneas de alimentación de la maquina cuando no se usen.
No se aproxime a ninguna maquina que no tiene relación con su trabajo.
En el laboratorio:
Cuando tenga que desbastar alambres, corte siempre del cuerpo hacia afuera.
No es permitido que un estudiante cierre un circuito, antes que no revise bien toda la instalación.
Antes de poner en funcionamiento una maquina fíjese que las demás personas estén a cierta distancia
Nunca ponga un fusible en un tablero de distribución sin antes cortar la corriente y verificar el origen del desperfecto.
Para hacer funcionar una maquina, siempre debe constatar que se encuentre en perfectas condiciones, tanto mecánicas como eléctricas.
Antes de usar herramienta cerciórese si están en buenas condiciones.
Mantenga los dedos fuera de la mordaza de los alicates cuando deberá usarse empalmes
No debe permitirse que nadie trabaje en el taller sin ropa adecuada.
Mantenga la llama o chispa alejada de cualquier material inflamable, como el alcohol, aguarrás, kerosene, gasolina, etc.
6. DISEÑO Y CÁLCULO
6.1. DISEÑO
6.2. MATERIALES UTILIZADOS
Para el montaje de este robot se necesito.
Un protoboard
2 diodos LED rojos
2 sensores ópticos CNY70
6 resistencias de 1k
2 resistencias de 20k
2 resistencias 560 ohmnios
4 transistores 2N2222A
2 motorreducores de 9V
Alambres del teléfono
Batería de 9v
Cinta aislante
Pedazo de carton prensado