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Carro seguidor de línea negra con compuertas
Tipo: Monografías, Ensayos
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¡No te pierdas las partes importantes!
Taller V
Jeison Daniel Alvarán Rojas, Julián David Valencia Arroyave, Sergio Arenas Rivera Fecha de presentación: 08/03/
Resumen Se realizó el montaje de un circuito digital en el cual se utilizaron dos puentes H hechos con transistores 2N2222A y resistencias, 4 compuertas lógicas AND, 4 compuertas lógicas NOT, 4 sensores infrarrojos de referencia CNY70 los cuales regulan la corriente del circuito, 2 motorreductores que giran a medida que los sensores no reciben la señal infrarroja y cierran el circuito.
1. Objetivos ● Montar un circuito digital basado en dos puentes H armados con transistores y resistencias. ● Diseñar, construir y analizar el funcionamiento de un carro seguidor de infrarrojo utilizando compuertas lógicas, con la finalidad de que el dispositivo pueda avanzar, girar y dar reversa en un tramo por medio de una superficie que absorba infrarrojo (superficie oscura). ● Comprender la lógica de funcionamiento de las compuertas lógicas y de los puentes H para que los motores giren o se detengan según sea pertinente. 3. Marco teórico Para el funcionamiento del circuito que hace funcionar el carro seguidor de infrarrojo se utilizaron sensores de la referencia CNY70 los cuales emiten y reciben un haz de infrarrojo en superficies que reflejan esta señal. Se utilizaron las compuertas lógicas AND y NOT con el fin de identificar las señales y realizar la acción correspondiente según el circuito. La compuerta AND implementa la multiplicación lógica, esta funciona cuando las dos entradas de este reciben un valor alto de voltaje. La compuerta NOT en un inversor, la cual implementa la negación lógica, por lo que invierte la señal recibida en la entrada. A continuación, se muestran las tablas de la verdad de estas compuertas lógicas. Figura 1. Tabla de la verdad compuerta AND
Figura 2. Tabla de la verdad compuerta NOT Un puente H es un circuito integrado compuesto por cuatro transistores colocados en una configuración en forma de H con la carga en el centro. Este circuito se utiliza para controlar la dirección de la corriente que circula por el motor. Para que el motor gire hacia delante o hacia atrás, sólo se pueden encender dos transistores a la vez. Los elementos de conmutación se pueden encender y apagar de forma independiente, pero solo hay unas pocas configuraciones específicas que permiten que el motor funcione de manera eficiente sin provocar un cortocircuito. En la siguiente tabla se muestran las configuraciones con las cuales los transistores se activan y las acciones del motor. Tabla 1. Activación de los transistores Q1 Q2 Q3 Q4 Resultado 1 0 0 1 Motor gira hacia adelante 0 1 1 0 Motor gira hacia atrás 0 0 0 0 Motor se detiene 1 0 1 0 Motor se detiene 0 1 0 1 Motor se detiene 1 1 0 0 Cortocircuito 0 0 1 1 Cortocircuito 1 1 1 1 Cortocircuito Se configura el circuito para que cuando el sensor CNY70 no reciba señal conmute para que el motor se encienda y gire hacia adelante o en reversa dependiendo del sensor que se active. De igual manera cuando el sensor reciba el haz infrarrojo hará que el circuito conmute para que el motor se detenga, haciendo detener el carro. [1]
4. Materiales y métodos ● Protoboard: La protoboard es una placa de pruebas que permite conectar elementos electrónicos sin la necesidad de soldar componentes con el fin de facilitar el armado y la realización de pruebas experimentales de circuitos electrónicos. [2] ● Portapila: Un portapila es un dispositivo contenedor de pilas de 9V, generalmente plástico, el cual resguarda a la pila y permite una conexión segura. [3] Transistores 2N2222A:
ALTA (1) únicamente cuando todas sus entradas son 1, es decir, ambas entradas reciben una cantidad alta de voltaje. [9] ● Compuerta lógica NOT La compuerta lógica NOT sólo tiene una entrada y una salida, este invierte la señal de entrada, así que una señal ALTA (1) se convierte en BAJA (0) y viceversa. Esta compuerta realiza la función booleana de inversión o negación de una variable lógica. [10]
5. Resultados y análisis Figura 1. Simulación del circuito En la figura 1 se tiene la simulación del circuito del carro seguidor de línea con compuertas lógicas. Se pueden observar las compuertas lógicas not y and (ocho de cada una) y cuatro leds que en este caso representan los motores. Los leds están precedidos de una resistencia, que evita que se quemen en esta siulación. Entonces cada led indica o simboliza el hipotético movimiento de los motores y su orientación. Tenemos cuatro entradas lógicas (las de color azul) que representan los sensores. Cuando la entrada está de color azul indica que el sensor no está activo (no está detectando una superficie negra) pero en cambio cuando la entrada es de color rojo indica que el sensor está activo (está detectando una superficie negra). Cabe destacar que las compuertas not que venden en el mercado vienen compuestas por seis compuertas. Se puede ver mejor lo ya mencionado en la siguiente figura: Figura 2. Composición de una compuerta not Igual que las compuertas not, las compuertas and se componen en este case por cuatro compuertas and. Se puede ver mejor ilustrado en la siguiente imagen: Figura 3. Composición de una compuerta and En el circuito utilizamos dos compuertas and (que en total son ocho and) y dos compuertas not (que en total son doce not, pero sólo usamos ocho). El circuito se realizó de manera cruzada, pues el de la derecha está conectado al sensor de la izquierda
y viceversa; se realizó de esta manera para que el carro pudiera girar hacia la derecha o izquierda según sea necesario. Figura 4. Montaje experimental del circuito Se implementó en una protoboard el circuito de la figura 1, sin embargo, como fuente de voltaje se utilizó un portapilas con baterías de 1.5v, voltaje suficiente para energizar todo el circuito. El dispositivo de la figura 4 es capaz de seguir un objeto de tonalidad oscura o cualquier superficie que cumpla con esta característica siempre que se le acerque a los dos sensores infrarrojos pegados en la parte delantera del vehículo, sin embargo, en ciertas ocasiones el dispositivo necesita un pequeño empujón para iniciar su desplazamiento. Resultados: Se observa la dificultad que pueden generar los sensores infrarrojos CNY70 al ser utilizados como interruptores de los motorreductores, ya que algunos de estos sensores suelen ser muy sensibles a la luz, y cualquier cambio de luz brusco o drástico puede afectar de manera significativa el movimiento del dispositivo. Claro ejemplo de lo mencionado ocurrió en la elaboración de este proyecto, donde uno de los sensores resultó ser mucho más sensible que el otro, y esto provocaba que uno de los motorreductores se moviera más rápido que el otro, haciendo que el carro al colocarse sobre una superficie oscura empezara a girar en círculos como si de un gato persiguiendo su cola se tratase. En general el dispositivo funciona “correctamente”, pero a veces toca darle un empujón para que avance, y a la hora de girar hacia la derecha se le dificulta un poco más a comparación de su giro a la izquierda. Otro de los detalles que dificultaron el funcionamiento adecuado del dispositivo tiene que ver con la luz, y es que a la luz del día los sensores trabajan generalmente bien, pero cuando empieza a oscurecer los sensores simplemente se descontrolan y funcionan “a lo loco” sin importar el color de la superficie que tenga. A la hora de conectar el último de los cuatro sensores, la rueda que se supone debía gira en reversa no lo hacía, pero al final simplemente funcionó después de tanta zozobra.
6. Conclusiones Se logró armar un circuito funcional basado en compuertas lógicas, logrando que hiciera funcionar los dos motorreductores del carro. Se logró comprender el fenómeno físico por el cual funciona el sensor y hace funcionar los motorreductores. Gracias a la implementación de las compuertas and y not se logró que el carro avanzara y diera reversa en una superficie oscura y se detuviera en una superficie clara.