LineFollower

Seguidor de linea básico

Objetivo:

Aprender a construir un seguidor de línea con el uso de componentes electrónicos como motores y sensores infrarrojos, para seguir una línea de color blanco o negra.

Material

• 2 LEDs (Del color de tu elección)
• 5 Resistencias de 220 ohms, 330 ohms, 10 k ohms.
• Cable Dupont (Macho-Hembra, Macho-Macho)
• Protoboard (Tablilla para pruebas de circuitos electrónicos)
• 2 QRD1114 ó TCRT5000 (Sensores Infrarrojos)
• 1 CD4093BE (Circuito Integrado)
• 2 TIP120 (Transistor Darlington)
• 2 Baterías Recargables de 3.7 v al mismo amperaje (las de celular que no uses con carga) o batería de 9V con su respectivo conector 
• 1 LM7805 (Regulador de voltaje) 
• 2 Motorreductores relación 1:200 (los ubicarás porque son de color amarillo) 
• 2 Llantas para tus motorreductores. 
• 2 m de Cable AWG No. 22 
• Rueda loca 
• Base para el circuiuto de sensores, control y potencia 20x30cm

Procedimiento

1. La prueba del seguidor se puede dividir en tres partes: sensores, control y potencia (como se muestra en la imagen del circuito 1), en donde, el orden no afecta ya que llegaremos al mismo resultado.

Previo al armado del sensor, realizaremos nuestra fuente, en donde, regularemos el voltaje de 7.4 v (las dos baterías conectadas en serie) a 5v por medio de un regulador de voltaje llamado LM7805, el circuito es el siguiente:

CIRCUITO 1

Esquema del circuito 1

Nota: Las baterías en serie se conectan de la siguiente manera:

Esquema de conexión de baterías

Se dice que es una conexión en serie de baterías porque se conecta un positivo de una batería con un negativo de otra batería, esto sirve para aumentar el voltaje. Recuerda no juntar las terminales libres, porque podrías ocasionar un corto. Si usas una batería de 9V alcalina, solo debes conectar el positivo al pin de entrada del regulador y el negativo con el pin que es GND (tierra, masa o negativo), como se muestra a continuación:

El regulador LM7805 soporta una tensión o voltaje de entrada de hasta 25V y una mínima de 7V, es decir, para tener los 5V de salida, debemos estar alimentándolo de los 7V hasta los 25V, esto lo sabemos por la hoja de datos (datasheet), y lo notamos en el parámetro Vi (Voltage input – voltaje de entrada). Esto lo observamos en la siguiente tabla donde lo vemos para nuestro regulador 7805.

2. Como se mencionó en el paso 1, empezaremos por la etapa de los sensores, los cuales se encargarán de decirnos si hay detección de luz infrarroja o no, por medio de un receptor que tienen los sensores (QRD1114 ó TCRT5000). En las siguientes imágenes se muestra como identificar físicamente el ánodo y cátodo del infrarrojo asi como el emisor y colector del receptor infrarrojo.

Sensor TCRT5000 (Izq.) y Sensor QRD1114 (Der.)

Realizaremos la prueba de cada uno de ellos (tú elige solo uno) con el encendido y apagado de LED cuando se detecte la luz infrarroja. Cabe mencionar que existen dos configuraciones para la detección de la luz infrarroja, nosotros utilizaremos la de colector por que deseamos ir por la línea negra, esta detección nos sirve para indicar si mandaremos un encendido o apagado de LED. De igual manera te compartimos el esquema para hacerlo para línea blanca.

Configuración por colector (línea negra)

Configuración por emisor (línea blanca)

Circuito físico de sensores IR usando TCRT5000

Una forma de verificar que nuestro sensor infrarrojo funciona es con nuestra cámara de celular, esto es debido a que nuestro ojo no lo percibe.

O bien, realizando una prueba con un LED; para ello en el esquemático anterior vemos que dice SEÑAL, ahí colocaremos nuestro LED de la siguiente manera:

El circuito funciona de la siguiente manera:

Si tapamos el sensor detecta un obstáculo, por lo cual hace que nuestro fototransistor se sature, es decir, se cierre el circuito entre la resistencia que tiene el colector y la tierra, por lo cual predomina la tierra y el LED no encenderá. Si no tapamos el sensor, este no detecta un objeto y el fototransistor se pone en corte, es decir, que no llega una señal a la base que lo ponga en saturación, por lo cual predomina la parte positiva de nuestro circuito y se vea encendido el LED.

Te compartimos un para que observes la prueba.

3. Una vez probada la etapa de los sensores, seguiremos con la parte del control, haciendo uso de una compuerta lógica NAND.

Una compuerta NAND es la combinación de una compuerta AND y una compuerta NOT, en donde, la compuerta AND funciona como un operador lógico que es la multiplicación y la NOT como un operador lógico que es un inversor.

A continuación se muestran las respectivas tablas de verdad:

Como se muestra la compuerta AND realiza una multiplicación de sus entradas y al final se tiene una salida, la operación se hace a nivel lógico (1 y 0).

Para el caso de la compuerta NOT solo se tiene una entrada y una salida, es decir, que si algo entra como 1 tendrá una salida en 0. La combinación de ambas compuertas tiene como resultado una compuerta NAND, es decir, multiplican lo que se tienen en la entrada y en la salida, el resultado de la multiplicación será invertido, como se muestra en la siguiente tabla de verdad de la compuerta NAND.

RegresaNdo a nuestro circuto, cada salida se conectará a una compuerta NAND para acondicionar la señal, es decir, de un nivel analógico pasará a un nivel digital. El circuito para conectarlo será de la siguiente manera:

Primero se conectará un sensor a una compuerta y el otro sensor a otra compuerta, además de unir ambas entradas.

La siguiente conexión sera para realizar una memoria pequeña, esto quiere decir que almacenaremos el estado anterior de lo que hayan detectado los sensores, esto para seguir con una lógica básica de un seguidor tipo diferencial.

El circuito tiene un puente o estan unidos los pines 5 y 10. Hasta esta parte tenemos la parte de los sensores con una pequeña memoria que almacena el estado anterior de lo que han visto nuestro sensores y eso servirá como referencia para que nuestro robot siga la linea.

4. Por último conectaremos a nuestro transistor para darle movimiento a los motores. Para ello requerimos del TIP120 y unas resistencias para limitar la corriente a la activación del transistor. El TIP120 tiene la configuración en sus pines de la siguiente manera:

Una vez que se identificaron las terminales o pines del TIP120, procedemos a realizar la siguiente conexión de los transistores con las compuertas NAND.

Nótese que en el circuito es una referencia se tiene el TIP122, pero en realidad es el 120, lo mismo sucede con los sensores, pueden ser el QRD114 pero la configuración o el circuito para ármalo es igual tanto en éste como el TCRT5000 que se usó en las imágenes anteriores. Además de que el sensor derecho conecta con el motor izquierdo y el sensor izquierdo con el derecho, esto se hace para que cuando deje de detectar la línea, se detenga un motor y el otro que sigue en movimiento haga que regrese a la línea el sensor que se salió.

Ahora procederemos a construir la parte mecánica

Recuerda que es sólo como ejemplo, pero tú puedes hacerlo con el material que esté a tu alcance.

Si tienes alguna duda, puedes contactar a jair@hackrobots.io

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