Guia per l'alumne TRM ETSE URV

248 views
158 views

Published on

0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
248
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
6
Actions
Shares
0
Downloads
1
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Guia per l'alumne TRM ETSE URV

  1. 1. Treball DirigitDisseny de les plaques de circuit imprès del “Taller de robòtica mòbil” - Guia per l’alumne Alumne: Adrià Marcos Pastor Professor: Àngel Cid Pastor Juny 2011
  2. 2. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Índex1. Introducció ................................................................................................................... 72. Especificacions ............................................................................................................. 7 2.1 Conjunt del sistema .............................................................................................. 8 2.2 Alternatives d’alimentació del sistema ................................................................. 8 2.2.1 Primera alternativa ....................................................................................... 9 2.2.2 Segona alternativa ...................................................................................... 10 2.2.3 Tercera alternativa ..................................................................................... 10 2.3 Control dels motors de corrent continu ............................................................. 103. Disseny Circuit Esquemàtic ......................................................................................... 12 3.1 Circuit del microcontrolador .............................................................................. 12 3.1.1 Microcontrolador PIC16F876 ...................................................................... 13 3.1.2 Regulador de tensió LM7805 ...................................................................... 18 3.1.3 Connectors ................................................................................................. 19 3.1.4 Polsadors .................................................................................................... 19 3.1.5 Altres .......................................................................................................... 21 3.2 Circuit del controlador dels motors .................................................................... 22 3.2.1 Driver L293D ............................................................................................... 23 3.2.2 Connectors ................................................................................................. 25 3.2.3 Altres .......................................................................................................... 27 3.3 Circuit dels sensors ............................................................................................. 29 3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594A ................................................. 29 3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensors ... 31 3.3.3 Connectors ................................................................................................. 33 3.3.4 Altres .......................................................................................................... 334. Disseny del Layout ...................................................................................................... 34 4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador ................................. 34 4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador ................................................ 35 4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador ........................................ 35 4.1.3 Components de la placa del microcontrolador ........................................... 36 4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels motors ...................... 36 4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors ............................................... 36 4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors ....................................... 37 4.2.3 Components de la placa del driver dels motors ......................................... 37
  3. 3. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor 4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors ............................................... 38 4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors ................................................................. 38 4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors ......................................................... 38 4.3.3 Components de la placa de sensors............................................................ 38 4.4 Vies ..................................................................................................................... 39 4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador ........................................................ 39 4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors .............................................. 40 4.4.3 Vies de la placa de sensors ......................................................................... 405. Conclusions ................................................................................................................ 41
  4. 4. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Índex de figuresFigura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic. ......................................................... 8Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions. ......................................................... 8Figura 3. Conjunt electrònic del robot. ................................................................................. 9Figura 4. Primera alternativa d’alimentació. ........................................................................ 9Figura 5. Segona alternativa d’alimentació ........................................................................ 10Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació. ....................................................................... 10Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple. ........................................................................ 11Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador. ......................................... 12Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús. ................................................................ 13Figura 10. Circuit amb RC extern. ....................................................................................... 15Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el condensador i la resistència del circuit RC........................................................ 15Figura 12. Circuit amb cristall oscil·lador ............................................................................ 15Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica mòbil. ............................................................................................................... 16Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica mòbil. ............................................................................................................... 17Figura 15. ICD2 Programador i depurador.......................................................................... 17Figura 16. PICkit2 programador i depurador. ..................................................................... 17Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i connectors físics. .............................................................................................. 18Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4. ................................................................. 18Figura 19. Condensador C3 ................................................................................................ 18Figura 20. Regulador de tensió LM7805. ............................................................................ 18Figura 21. CON VCC PIC ...................................................................................................... 19Figura 22. Connectors ports I/O. ........................................................................................ 19Figura 23. Connector de 5 V i massa. ................................................................................. 19Figura 24. Polsador de RESET. ............................................................................................ 20Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2. ..................................... 20Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada. .................................................................... 21Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC. ................................................... 21Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora. ..................... 21Figura 29. Punts de test del disseny. .................................................................................. 22Figura 30. Components per subjecció mecànica de la placa del μC. .................................. 22Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors. ...................................... 23Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D. .................................................. 24Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’. ...................................... 25Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver. ......................................................... 26Figura 35. Connector dels motors. ..................................................................................... 26Figura 36. Connector control del driver. ............................................................................ 26Figura 37. Resistències de protecció. ................................................................................. 27Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada. .................................................................... 27Figura 39. Interruptor alimentació del driver. .................................................................... 28
  5. 5. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos PastorFigura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora de corrent ......................................................................................................... 28Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors. ............................................. 28Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver .............................. 28Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors. ................................................................... 29Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el sensor IS471F. .................................................................................................. 30Figura 45. Pins de l’integrat IS471F. ................................................................................... 30Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.................................................... 30Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F. ........................................................ 31Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14................... 31Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14. ................................................................................. 32Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis. ................................................... 32Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis. ....................................................... 33Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors. ............................................... 33Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors. .................................................... 33Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic. .................................................. 34Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors .......................... 34Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador. ....................................................... 35Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador. ............................................... 35Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador. ...................... 36Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors. ..................................................... 36Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors. ............................................. 37Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors. ..................... 37Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors. ....................................................................... 38Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors. ............................................................... 38Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors. ....................................... 39Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador........................................... 39Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors. ........................................ 40Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors. .......................................................... 40
  6. 6. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Índex d’equacionsEquació 1. Cicle de treball ................................................................................................. 11Equació 2. Tensió mitja alimentació motors...................................................................... 11Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876. .... 14Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència............................................. 14
  7. 7. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor1. IntroduccióL’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la Universitat Rovira i Virgili des de l’any 2008organitza una competició de robots seguidors de línia anomenada “ETSEBOT”. Launiversitat ofereix als alumnes la possibilitat de realitzar un curs de formació, en el qualse’ls dota dels coneixements necessaris sobre electrònica, mecànica, informàtica irobòtica per tal dissenyar, construir i programar un robot d’aquest tipus per participar alconcurs. Aquest curs de formació té per nom “Taller de robòtica mòbil”.El pla d’estudis que composa l’Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial (1998)conté una assignatura anomenada “Treball Dirigit” on l’alumne escull un tema concret iun professor que el dirigeix i coordina les seves activitats. Aquest treball dirigit resulta delplantejament als organitzadors del concurs, professors del Departament d’EnginyeriaElectrònica, Elèctrica i Automàtica, de l’elaboració del disseny i muntatge de les plaquesde circuit imprès que es donen com a model als alumnes que realitzen el taller.Aquest treball presenta les especificacions del disseny del model, quin és i com funcionael circuit electrònic que controla el conjunt del sistema, la llista de materials que formenel sistema, com és el disseny físic de les plaques de circuit imprès i finalment una guia demuntatge i posta en marxa de la part electrònica del robot. En canvi en aquest treballúnicament es toquen les qüestions mecàniques i de programació del microcontroladorper tal de donar una visió més global de la construcció del robot, ja que en qualsevolprojecte s’ha de tenir tot en compte per aconseguir un bon resultat. ROBOT = MECÀNICA + ELECTRÒNICA + PROGRAMACIÓ2. EspecificacionsLes especificacions, que s’han de complir, venen donades tant per la pista que han derecórrer els robots, com per les bases del propi concurs i per les decisions preses pelsdiferents professors que imparteixen el taller. L’objectiu de la competició és aconseguir elrobot rastrejador més ràpid. Les dimensions dels robots competidors no poden superarels 20 cm de diàmetre i hauran de funcionar de forma autònoma. El seu moviment s’had’obtenir gràcies a motors elèctrics. La línia que configura la pista del concurs és de 3 cmde gruix aproximadament i s’ha decidit que entre el material que es dóna als alumnes hihagi un màxim de 3 sensors detectors d’infrarojos però es permet fer-ne ús d’un númeroil·limitat. Aquests sensors seran els IS471FE tot i que es presentaran altres alternatives.L’estructura de tracció que sovint es construeix en aquest tipus de robots per la relativafacilitat de construcció mecànica, és una estructura de tipus diferencial. Aquest tipusd’estructura està compost per dues rodes de tracció cadascuna amb el seu motor i una omés rodes “boges” que únicament tenen la funció de donar estabilitat al sistema. El canvide la direcció del sistema s’aconsegueix mitjançant la variació de la velocitat de rotaciódels motors. Per exemple, si la roda dreta gira més ràpidament que l’esquerra, el robotgirarà cap a l’esquerra. A la figura que segueix s’il·lustra tan la configuració de l’estructuradiferencial com el funcionament bàsic del moviment del robot.
  8. 8. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic.Per facilitar tant el disseny del hardware com el control dels motors, s’acostumen aalimentar de tal manera que només girin en un sol sentit de rotació. Així tambés’aconsegueix minimitzar el temps perdut realitzant la inversió del gir dels motors. Tambés’ha de comentar que els motors més utilitzats en la construcció de robots seguidors delínies són els motors de corrent contínua.2.1 Conjunt del sistemaCom a proposta es planteja que el disseny sigui modular, és a dir, que el circuit quecontrola el moviment del robot no es trobi tot en una mateixa placa de circuit imprès, sinóque es desglossi segons les seves funcions. Aquest aspecte dóna flexibilitat a l’estructuraelectrònica, permetent així poder modificar parts o bé canviar elements específics per talde donar llibertat a l’alumne. En aquest sentit el conjunt electrònic es pot desglossar en 3parts que es diferencien per les funcions que tenen i es poden veure en la figura quesegueix. Placa Placa Senyal Placa Estat PWM de Sensors sensors Microcontrolador Driver motors control IR M1 M2 Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions.2.2 Alternatives d’alimentació del sistemaTot sistema electrònic necessita d’una font d’energia elèctrica per poder funcionar, quegeneralment són piles o bateries. La seva elecció és important doncs donaran al robot unaautonomia de funcionament major o menor en funció de la decisió que es pregui.La lògica de control juntament amb els integrats treballen al voltant dels 5 V. En canvi elsmotors de contínua necessiten tensions més altes per poder funcionar en la seva regiónominal de treball, on es disposa d’un parell més alt. Aquestes tensions oscil·len entre els12 V i els 24 V. Es pot veure com no tot funciona amb un mateix nivell de tensió i en
  9. 9. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastorconseqüència s’ha d’adequar en cada cas per tal no danyar o destruir els components perun excés de tensió o bé no funcionin per un nivell de tensió massa baix. Figura 3. Conjunt electrònic del robot.La figura anterior esquematitza el conjunt electrònic que disposarà el robot. Es veuendiferenciades dues entrades d’alimentació VCC 1 i VCC 2 on s’han de connectar lesbateries o piles que s’utilitzin. A continuació es presenten una sèrie d’alternativesd’alimentació del sistema i s’analitzen els seus avantatges i convenients. Val a dir que nosón les úniques possibilitats, però questes tres opcions com les més representatives.2.2.1 Primera alternativaUna solució és connectar en sèrie dues piles alcalines de 9 V com les que apareixen acontinuació, però presenten una molt baixa capacitat, al voltant de 200 mAh. Això vol dirque la pila s’espera que funcioni durant 1 hora entregant 200 mA de corrent continu.L’avantatge de tenir dues piles en sèrie de 9 V és que als motors com a màxim podenestar alimentats a 18 V, però per fer probes no són gaire rentables, ja que amb poc tempss’esgota la seva càrrega a causa de l’alimentació dels motors. PILA 1 i PILA 2 Figura 4. Primera alternativa d’alimentació.
  10. 10. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor2.2.2 Segona alternativaLes piles de liti presenten una major capacitat, del voltant de 2 Ah però comporta unincrement en el seu preu. La pila que apareix a la figura que segueix és de 3 V, de maneraque col·locant-ne 4 en sèrie es s’aconsegueixen els 12 V. Aquesta alternativa tél’inconvenient en la regulació des de 12 V fins a 5 V que comporta un funcionamentexcessiu al regulador de tensió de 5 V i si no es dissipa l’energia tèrmica correctament potdeixar de funcionar. A més, pot representar una reducció de la velocitat dels motors jaque no estan alimentats a 18 V com en el cas anterior, però això es pot solucionarconnectant-ne més en sèrie, cosa que empitjora el tema del regulador de tensió. PILA 1 Figura 5. Segona alternativa d’alimentació2.2.3 Tercera alternativaLa mescla de les dues alternatives anteriors permet combinar el millor de cada cas iconfigurar la tercera alternativa d’alimentació. Es poden col·locar piles de liti perl’alimentació dels motors i una pila de 9 V per alimentar la part electrònica de control queté un consum de corrent molt menor respecte els motors. PILA 1 PILA 2 Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació.2.3 Control dels motors de corrent continuEls motors que es proporcionen per la construcció del robot són de corrent continu. Lesmàquines de corrent continu estan constituïdes per una part fixa o estator i una partmòbil o rotor i les característiques principals dels motors de corrent continu són lessegüents. 1. El parell és directament proporcional al corrent que consumeix. 2. La velocitat angular de l’eix del motor és directament proporcional a la tensió que s’aplica en bornes del motor.
  11. 11. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos PastorAquesta segona característica permet un control relativament fàcil i per tant es justificaaixí l’elecció d’aquest tipus de motors per dur a terme el muntatge del robot. La tensióque s’aplicarà a les bornes de cada motor es regularà mitjançant un senyal de tipus PWM.Un senyal de tipus PWM és un senyal rectangular de període determinat (T), durant elqual per un temps menor o igual al període es troba a nivell alt (Temps de ON: Ton) i laresta del període a nivell baix (Temps de OFF: Toff). El cicle de treball (D) del senyal esdefineix segons l’equació número 1. Aquesta explicació queda il·lustrada a la figura queapareix a continuació. Equació 1. Cicle de treball Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple.El motor té una constant de temps τ intrínseca com tots els elements emmagatzemadord’energia. L’estator del motor és un circuit magnètic inductor on se situen els pols delmotor. El rotor està format per l’induït i el col·lector de delgues. L’induït allotja elsdebanats enrotllats en un circuit tancat la qual cosa comporta que el bobinat es tancasobre si mateix sense principi ni fi. El col·lector de delgues permet el contacte del bobinatamb les bornes d’alimentació. És aquest bobinat el que produeix el retard i generalmentés de l’ordre de ms.Si la freqüència del senyal PWM és suficientment gran com perquè el corrent es puguiconsiderar continu amb un baix rissat altern generat pel PWM, es pot controlar lavelocitat segons la tensió a la que s’alimenta el motor.La màxima tensió a la que estaran sotmesos els motors és la tensió a la que estigui sotmèsel node VCC2 descrit en l’apartat anterior. La tensió mitja a la que s’alimenti un motoralimentat amb un senyal PWM serà: Equació 2. Tensió mitja alimentació motors.Posant per exemple un motor, el fabricant del qual indica que la tensió nominal és V nominalen V i a aquesta tensió té una velocitat angular Ωnominal en rpm. Si es vol que aquest vagi ala meitat de la velocitat nominal, s’ha de reduir la tensió nominal a la meitat ajustant elcicle de treball de l’ona PWM al 50% o bé 0.5.
  12. 12. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3. Disseny Circuit EsquemàticEn aquest apartat es procedeix a fer una descripció de les diferents parts que formen totel conjunt electrònic del robot, seguint amb la línia de l’estructura modular. En primer lloces descriu el circuit que composa la placa del microcontrolador, en segon el circuit de laplaca del controlador de motors i en tercer lloc el circuit de la placa de sensors. Per últimun apartat dóna una sèrie de recomanacions en el cas que l’alumne vulgui incorporar alrobot un número major de sensors.3.1 Circuit del microcontroladorEl circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador és el que apareix a la figura quesegueix. Un microcontrolador és un circuit integrat que inclou en el seu interior les tresunitats funcionals d’un computador: la unitat central de processament, memòria, tant deprograma com de dades, i perifèrics d’entrada i de sortida. Un microcontrolador és unsistema digital que per interactuar amb la resta del circuit electrònic que l’envolta,treballa amb dos valors lògics 1 i 0. El valor lògic 1 correspon a un valor de tensióanalògica entre aproximadament 4 i 5 V. El valor lògic 0 correspon a un valor de tensióanalògica entre 0 i aproximadament 1 V. A vegades els microcontroladors disposen deconversors analògic/digitals interns de manera que se’ls hi pot introduir un nivell detensió analògic entre 0 i 5 V en els pins adequats del circuit integrat1. Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador.1 A partir d’ara quan es parli de valors lògics 0 o 1 s’indicarà entre “ ”.
  13. 13. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.1.1 Microcontrolador PIC16F876S’ha decidit que la gestió del mostreig de l’estat dels sensors i del control del motor esrealitzi mitjançant el microcontrolador PIC16F876 de la casa Microchip. Disposa de 3 portsd’entrada/sortida (I/O) que permeten, en el cas d’actuar com entrades, llegir l’estat de laplanta (lectura de l’estat dels sensors), o bé, en el cas d’estar configurats com a sortides,controlar els actuadors del sistema (els motors). L’elecció d’aquest microcontrolador vejustificada pel fet de tenir a la seva disposició dos mòduls capaços de generar en dos pinsd’un dels seus ports I/O, dues senyals de tipus PWM (Pulse-Width Modulation). Aquestesdues senyals seran les que atacaran les entrades del controlador dels motors i així regularla tensió a la que s’alimenten i en conseqüència la seva velocitat de rotació.3.1.1.1 Pins del PIC utilitzatsEl diagrama de pins del PIC utilitzats és el següent: Color Forma d’ús Indicació del fabricant Entrades Sortides Elecció per senyal de rellotge Indicació fabricant/Lliure Lliure Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús.A continuació s’indica la funció que desenvoluparà cada pin del PIC.Nom del pin número Funció a desenvolupar!MCLR/Vpp 1 Si es posa a “0” es produeix un reset en el PIC. També serveix per realitzar la programació del PIC, posant-se a 12 V a través del programador. RA0 2 Línia 0 del port A d’I/O. Testeja si s’ha polsat el botó s’inici o no. Vss 8, 19 Tensió de referència: 0 V o massa. CLKIN 9 Línia per on s’introdueix el sneyal de rellotge que necessita el PIC per executar les instruccions. CLKOUT 10 En el cas de fer ús d’un cristall oscil·lador és una línia necessària. RC0 11 Línia 0 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 2. CCP2 12 Línia 1 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 2. CCP1 13 Línia 2 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 1. RC3 14 Línia 3 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 1. Vdd 20 Pin d’alimentació del PIC: 5 V. RB0 21 Línia 0 del port B d’I/O. Lectura sensor 0 RB1 22 Línia 1 del port B d’I/O. Lectura sensor 1 RB2 23 Línia 2 del port B d’I/O. Lectura sensor 2 RB6/PGC 27 Línia de senyal de rellotge per realitzar la programació. També és la línia 6 del port B d’I/O. RB7/PGD 28 Línia de dades per realitzar la programació. També és la línia 7 del port B d’I/O.
  14. 14. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.1.1.2 Elecció del tipus d’origen i valor de la freqüència del senyal de rellotgeEl pic necessita d’un senyal que oscil·la entre nivell alt i nivell baix per sincronitzar lesdiferents parts del xip per executar correctament les instruccions. Aquest senyal es potgenerar de diverses maneres que es tracten dins d’aquest apartat. El debat es crea entornl’elecció del valor de la freqüència del senyal que ve donat per diversos factors. S’ha detenir en compte els diferents punts que apareixen a continuació.  Un augment de la freqüència del senyal de rellotge comporta que el consum del pic s’incrementi.  Augmentar la freqüència del senyal de rellotge comporta un possible sobremostreig de l’estat dels sensors innecessari, ja que la resposta dels motors és molt més lenta en relació el temps que tarda el PIC en executar una instrucció.  El període del senyal PWM és directament proporcional al període del senyal de rellotge. A més s’ha de tenir en compte que el driver de control dels motors no accepta una freqüència superior als 5 kHz del senyal de les seves entrades.Per tant, la pregunta que els dissenyadors finals s’han de fer, per elegir la freqüència delsenyal de rellotge, és: Quin període del senyal PWM de control dels motors es vol tenir?El valor del període d’aquest senyal ve donat per l’expressió següent: Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876.On:  “PR2” és un registre de 8 bits i per tant se li pot donar un valor entre 0 i 255.  “TMR2 prescaler value” és un altre registre que se li poden donar els valors 1, 4 o 16.De la que: Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència.On FOSC és la freqüència del senyal de rellotge elegida. A continuació es presenten les 3formes possibles de generar el senyal de rellotge.3.1.1.2.1 Circuit RC internEl pic disposa d’un circuit intern format per una resistència i un condensador que permetgenerar aquest senyal de rellotge. És la forma més simple i barata que es pot aprofitar pergenerar el senyal de clock però té el desavantatge que és un circuit molt poc estable i enconseqüència genera un senyal amb un període poc constant. No és gaire recomanableper ser utilitzat en aplicacions sensibles a la temporització. Tampoc es recomana fer-ne úsper casos en els que la freqüència necessària sigui per sobre els 2 MHz.
  15. 15. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.1.1.2.2 Circuit RC externEl disseny del treball dirigit proposa una de lesdues opcions, aquesta o la que ve. Aquestaconsisteix en connectar un circuit RC extern ala línia OSC1 del pic de manera que ofereiximés estabilitat que l’intern. La forma deconnexió apareix en la imatge de la dreta. Enfunció dels valors de la resistència i elcondensador externs, la freqüència del senyal Figura 10. Circuit amb RC extern.quadrat serà diferent.El disseny proposa la utilització d’una resistència de valor 10 kΩ i un condensador de 100pF. Segons les indicacions del fabricant aquesta combinació permetrà generar un senyalde rellotge amb una freqüència de rellotge aproximadament de 600 kHz. Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el condensador i la resistència del circuit RC.Tot i que aquesta forma millora el problema de l’estabilitat del període del senyalrespecte el cas anterior, aquest sistema no és tan estable com el del cristall oscil·lador.3.1.1.2.3 Cristall oscil·lador o ressonador ceràmicLa forma que permet obtenir un senyal de rellotgemés estable és la utilització de cristalls oscil·ladors oressonadors ceràmics. Aquests s’han de connectarsegons s’indica a la imatge de la dreta. Tal i com espot veure en la figura, el cristall (XTAL) ésacompanyat per dos condensadors (C1 i C2). El seuvalor ve indicat al manual del PIC segons la Figura 12. Circuit amb cristall oscil·ladorfreqüència d’oscil·lació del cristall.
  16. 16. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos PastorEl PIC pot funcionar fins a una freqüència de 20 MHz, però aquest valor és excessiu per lafunció que ha de desenvolupar. En el disseny s’ha pres el valor de 4 MHz pel cas de volerutilitzar un cristall d’oscil·lador per generar el senyal de rellotge. Segons el manual delfabricant s’indica que per a 4 MHz els condensadors han de ser de 15 pF.3.1.1.2.4 Jumpers de selecció del senyal de rellotgeEl disseny està pensat per donar flexibilitat a l’alumne de cara a poder escollir comgenerar el senyal de rellotge, si mitjançant el circuit RC extern o la utilització del cristalloscil·lador. Els jumpers estan pensats per poder connectar de forma còmoda parts delcircuit com si d’interruptors es tractessin.Si el JUMPER1 es connecten els pins 1 i 2 entre ells, el 3 es deixa desconnectat i delJUMPER2 es deixen desconnectats els pins 1 i 2, el circuit que s’està utilitzant per generarel senyal de rellotge és el circuit RC extern. Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica mòbil.Si en canvi del JUMPER1 es connecten els pins 2 i 3 entre ells, es desconnecta el pin 1 i delJUMPER2 es connecten entre ells els pins 1 i 2 s’està utilitzant el circuit del cristalloscil·lador.
  17. 17. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica mòbil.3.1.1.3 Comunicació PC-PICEl PIC es podrà connectar amb l’ordinador des del mateix circuit on està integrat, perprogramar i depurar el funcionament del codi, de dues formes diferents i el disseny estàpreparat per ambdues.3.1.1.3.1 ICD2 (In Circuit Debugger)El laboratori de la universitat disposa dels programadors ICD2.Físicament es connecten a la placa del PIC del robot a través del connector estàndard RJ11 Figura 15. ICD2 Programador i depurador.tal i com s’indica al circuit esquemàtic de la figura de baix.3.1.1.3.2 PICkit2És possible que hi hagi alumnes que disposin o tinguin interès enobtenir un programador més barat i petit que l’ICD2, el qual esdiu PICKIT2. Aquest utilitza les mateixes línies que l’ICD2 però elconnector no és amb l’estàndard RJ11. És simplement unconnector en forma de tira. PICkit2 programador i depurador.A continuació es mostren els connectors de l’esquemàtic que Figura 16. PICkit2 programador i depurador.permeten la connexió dels dispositius de comunicació ambl’ordinador, les indicacions del fabricant per la connexió i elsconnectors físics que s’utilitzen.
  18. 18. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i connectors físics.3.1.1.4 Altres indicacions del fabricantEn el disseny apareixen components que el la casa MICROCHIP aconsella posar pel bonfuncionament del microcontrolador. És el cas dels components que es descriuen acontinuació. El fabricant indica que la resistència R3, el díode D2 i el condensador C4 s’han de connectar tal i com apareixen en la figura de l’esquerra. D’aquesta manera la línia de Master Clear (pin 1 del PIC) es troba a nivell alt de forma normal. Quan aquesta línia es posa a nivell baix es produeix un RESET en el PIC i el punter d’instrucció de programa torna a la posició inicial. Durant la programació la línia de MCLR es posa a 12 V i gràcies el díode s’evita que el Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4. corrent pugui circular en direcció el node de 5 V, actuant com a protecció.El condensador C3 té l’objectiu d’eliminar els rissats detensió que es produeixen prop de la línia de 5 V quealimenta el PIC i és per això que és interessant queaquesta es trobi el més a prop possible del pin 20 del PIC. Figura 19. Condensador C33.1.2 Regulador de tensió LM7805El regulador LM7805 és el component encarregat de reduir la tensió de l’entrada de laplaca del PIC, a una tensió de sortida de 5 V, ja que és necessari ajustar el nivell de tensiócorrecte al PIC i a la circuiteria de lògica integrada del robot. Aquest component acostumaa donar problemes de dissipació si no es vigila amb el nivell de tensió que s’introdueix a laseva entrada i el corrent que se li demana entregar. És per aquest motiu que a vegades ésnecessari connectar-li un dissipador de calor per evitar que la protecció tèrmica internadel propi dispositiu actuï o fins i tot que es destrueixi el mateix regulador. El fabricant recomana que elregulador de tensió LM7805 a laseva entrada i a la sortida s’hiconnectin condensadors pereliminar possibles rissats de soroll Figura 20. Regulador de tensió LM7805.
  19. 19. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastori el component pugui regular més correctament.3.1.3 ConnectorsConnector d’alimentació placa del PIC (CON VCC PIC)Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC1 a latensió de les piles o bateries que formen el sistemad’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat“Alternatives d’alimentació del sistema”. Figura 21. CON VCC PICConnector per comunicació entre PC i PIC (CON ICD2 i CON PICKIT2)Mitjançant els connectors descrits en l’apartat “Comunicació PC-PIC” es pot establircomunicació amb l’ordinador.Connectors pels ports entrada/sortida (CON PORT A, CON PORT B, CON PORT C_1, CONPORT C_2)Aquests connectors permeten als pinsd’entrada/sortida del PIC disposar d’accessibilitat iflexibilitat per poder ser connectat segons comvulgui l’alumne. El model que s’ha dissenyat enaquest treball fa servir tots els pins del CON PORTC_1 pel control dels motors i 3 pins del CON PORT Bper fer la lectura del senyal de sortida dels sensors.La resta de pins estan però en disposició de serconnectats per ampliacions o modificacions. S’ha deindicar el fet que mitjançant el CON PORT C_1 a mésde enviar els senyals de control, també s’aprofita per Figura 22. Connectors ports I/O.fer arribar la tensió de 5 V necessària pel driver delsmotors.Connector del node de 5 V per alimentar placa de sensors (CON VDD)Mitjançant aquest connector la placa de sensors estàalimentada a 5 V provinents del regulador. Figura 23. Connector de 5 V i massa.3.1.4 PolsadorsPOLSADOR RESETQuan aquest polsador es troba en estat de repòs el pin 1 del PIC es troba a “1” . Quan elpolsador es prem es posa a “0” i es produeix un RESET en el punter de programa del PIC.La resistència que acompanya el polsador redueix el corrent que circula pel polsador.
  20. 20. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 24. Polsador de RESET.POLSADOR INICIAquest polsador conjuntament amb les resistències R1 i R2 configura un divisor de tensióquan aquest és polsat. En repòs la resistència R1 de 10 kΩ actua com una resistència depull-up que obliga al pin 2 del PIC (línia RA0) a trobar-se a “1”. Quan es prem el polsador,la resistència R2 de 100 Ω fa caure aquest valor a “0”.En conclusió:POLSADOR INICI en repòs → línia RA0 a “1”.POLSADOR INICI en polsat → línia RA0 a “0”. Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2.
  21. 21. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.1.5 AltresA continuació es descriuen la resta de components que formen el circuit esquemàtic de laplaca del PIC.3.1.5.1 Díode de protecció a l’entradaTal i com indica el títol de l’apartat, el díode D1 actua com element de protecció en el casque es connectés la polaritat de les piles a l’inrevés. En aquesta situació el correntcircularia a través del díode i s’evitaria que algun component es danyés. Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada.3.1.5.2 Interruptor alimentació placa del PICAquest interruptor permet tallar l’alimentació de la placa del PIC i així desconnectar elcontrol. Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC.3.1.5.3 Led indicador alimentacióLa placa del microcontrolador té un led que porta per nom “LED PIC ON” que s’encendràquan el PIC estigui alimentat a 5 V i per tant en funcionament. La resistència R5acompanya el led per reduir el corrent que hi circula. Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora.
  22. 22. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.1.5.4 Test PointsUn test point és un punt on es pot connectar un instrument de mesura i poder treballar deforma més còmoda. És per això que totes les línies del pic tenen a la seva disposició el seupunt de test corresponent. Figura 29. Punts de test del disseny.3.1.5.5 Forats per subjecció mecànicaLa placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això ques’han introduït 4 forats pensats per subjectar les plaques al’estructura del robot. Són els components que porten pernom “Cargol”. Figura 30. Components per subjecció mecànica de la placa del μC.3.2 Circuit del controlador dels motorsEl circuit esquemàtic de la placa que conté el controlador o driver dels motors és el queapareix a la figura que segueix.
  23. 23. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors.3.2.1 Driver L293DUn driver de motors és un element que actua com a interfície entre el circuit de control iels accionaments elèctrics que es tinguin . En el nostre cas, entre el μC i els motors decontínua. A partir del senyal de control provinent del μC, es gestiona l’alimentació delsmotors connectats al driver. Concretament el driver que s’ha decidit utilitzar és el L293D.3.2.1.1 Funcionament i pins del driverCom s’ha dit, aquest integrat permet gestionar l’alimentació dels motors a partir d’unsenyal de control. Per poder portar a terme aquesta tasca necessita de dues tensionsdiferents d’alimentació, la tensió amb què rebrà el senyal de control (5 V) i la tensió a quèes vol alimentar els motors (depenent del disseny).Disposa de 4 entrades independents amb les corresponents sortides. Quan a una entradase li aplica un nivell alt de tensió de control (Vcc12), a la seva sortida apareix la tensió a laque es vol alimentar el motor (Vcc2). També disposa de 2 pins d’habilitació que actuensobre dues entrades alhora, és a dir, una entrada d’habilitació permetrà el funcionamentde les sortides 1 i 2, mentre que la segona entrada d’habilitació permetrà el funcionamentde les sortides 3 i 4.El driver L293D té el següent llistat de pins 2 Vcc1 segons la notació del datasheet de Texas Instruments. En el projecte aquesta línea es connectarà a VDD 5V mitjançant l’interruptor SW1.
  24. 24. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Alimentació: o Pin 8: nivell de tensió de control, és a dir, la mateixa a la que s’alimenti el pic. o Pin 16: nivell de tensió d’alimentació dels motors. Entrades: pins 2, 7, 10 i 15. Sortides: pins 3, 6, 11 i 14. Habilitacions: o Pin 1: blocs 1 i 2. o Pin 9: blocs 3 i 4. Masses: pins 4, 5, 12 i 13. Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D.3.2.1.2 Díodes interns de proteccióUn motor de contínua és bàsicament una bobina que es carrega elèctricament i que alestar sotmesa a un camp magnètic s’aconsegueix el moviment rotatori en l’eix. Lesbobines s’oposen a les variacions de corrent elèctric. Si s’estan controlant els motorsmitjançant dues senyals de tipus PWM, el que s’està fent és aplicar tensió i treure-lacontínuament als motors, fet que comporta que en el moment de la desconnexió puguinaparèixer els corrents elèctrics i’ o i’’ generats per la forces contraelectromotrius mentreles bobines es descarreguen de l’energia que emmagatzemen.Els díodes interns del driver L293D permeten la continuïtat de pas del corrent quan s’hadeixat d’alimentar els motors i així evitar que danyar el circuit. L’integrat L293D esdiferencia del seu germà L293 en què, el primer disposa de díodes interns de protecciómentre que el segon no. En canvi, el corrent màxim per cada branca de sortida del primerés de 600 mA mentre que en el segon és d’1 A. Per aquest motiu s’han unit les duesprimeres sortides per alimentar un motor i les dues restants per alimentar l’altre motor.En conseqüència les entrades 1 i 2 per una banda i la 3 i la 4 per l’altra, han de rebre elmateix senyal de control i per això estan curtcircuitades dos a dos.
  25. 25. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’.3.2.1.3 Indicacions fabricantEl fabricant indica que:  La freqüència màxima del senyal d’entrada ha de ser inferior als 5 kHz per un correcte funcionament.  Els pins de les alimentacions tinguin a prop connectats condensadors per eliminar rissats de tensió que puguin aparèixer en aquestes línies. o L’alimentació Vcc1 l’acompanya un condensador de 100 nF (C8). o L’alimentació Vcc2 l’acompanya un condensador de 10 μF (C7). S’ha escollit un condensador amb aquesta capacitat per poder fer front a pics sobtats de tensió que apareguin en alimentar els motors. Suporta un màxim de tensió de 36 V.  Com s’ha dit, cada sortida pot subministrar fins a 600 mA en el cas de l’integrat L293D.3.2.2 ConnectorsConnector d’alimentació placa del driver (CON VCC DRIVER)Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC2 a la tensió de les piles o bateriesque formen el sistema d’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat “Alternativesd’alimentació del sistema”.
  26. 26. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver.Connector dels motors (CON MOTORS)Els dos motors estan alimentats entre positiu i massa. Com que la massa és comuna, en elconnector comparteixen el node de massa. El pin 1 del connector representarà el positiudel motor 1, mentre que el pin 3 representarà el positiu del motor 2. Figura 35. Connector dels motors.Connector control del driver (CON CONTROL DRIVER)Mitjançant aquest connector es permet el control del driver ja que s’ha de connectar ambel connector CON PORT C_1 de la placa del microcontrolador. D’aquesta manera:  La línia RC0 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 2.  La línia RC1/CPP2 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 2.  La línia RC2/CPP1 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 1.  La línia RC3 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 1.  VDD 5V Permet subministrar al L293D el nivell de tensió amb que es rebran els senyals PWM. Figura 36. Connector control del driver.
  27. 27. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.2.3 AltresA continuació es descriuen la resta de components que formen el circuit esquemàtic de laplaca del driver.3.2.3.1 Resistències limitadoresS’han col·locat unes resistències de 100 Ω entre el μC i les entrades del driver ambl’objectiu de limitar el pas del corrent. Figura 37. Resistències de protecció.3.2.3.2 Díode de protecció a l’entradaDe la mateixa manera que en la placa del μC, el díode de protecció a l’entrada, en aquestcas D3, actua com element de protecció en el cas que es connectés la polaritat de les pilesa l’inrevés. En aquesta situació el corrent circularia a través del díode i s’evitaria que alguncomponent es danyés. Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada.3.2.3.3 Interruptor d’alimentació del controladorL’interruptor SW1 permet la desactivació del driver del motor obrint el node “VDD 5V”. Encas de funcionament normal, aquest interruptor ha d’estar accionat de tal manera quepermeti l’alimentació del driver. En cas de d’obrir el circuit, les sortides del driver deixend’alimentar els motors i, per tant, s’aturen. És una forma ràpida de desconnexió delsmotors per aturar el robot en cas d’emergència.
  28. 28. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 39. Interruptor alimentació del driver.3.2.3.4 Led indicador d’alimentació del driverLa placa del driver té un led anomenat “LED DRIVER ON” que s’encendrà quan el driverestigui alimentat a 5 V i, per tant, en funcionament. La resistència R6 acompanya el ledper reduir el corrent que hi circula. Figura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora de corrent3.2.3.5 Test Points sortides del driverEs poden analitzar les sortides del driver connectant l’oscil·loscopi als test points i aixívisualitzar degudament la forma d’ona PWM a la que s’alimenta cadascun dels motors. Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors.3.2.3.6 Forats subjecció mecànicaLa placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 4 forats pensatsper subjectar les plaques a l’estructura del robot. Són els components que porten pernom “Cargol”. Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver
  29. 29. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor3.3 Circuit dels sensorsLa tercera placa del conjunt és la que conté el circuit dels sensors, l’esquemàtic de la quales pot visualitzar a continuació. Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors.3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594ALa detecció de la línia blanca es realitza mitjançant la detecció de llum infraroja es reflexasobre una superfície blanca, mentre que no ho fa sobre una superfície negra. És necessaridoncs un element emissor d’aquest tipus de llum que no es troba dins l’espectre visibleper l’ull humà i un sensor que sigui capaç de portar a terme la detecció de la llumreflectida.L’emissor de llum infraroja escollit és el led OPE5594A el qual emet llum amb una longitudd’ona de 940 nm. El sensor escollit és el IS471F, el qual presenta la seva màximasensibilitat relativa davant de llum que té una longitud d’ona al voltant dels 940 nm, tal icom mostra la següent figura.
  30. 30. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el sensor IS471F.3.3.1.1 Pins i funcionament del sensorL’integrat IS471F té 4 pins: Figura 45. Pins de l’integrat IS471F.  VCC (1): pin d’alimentació. En el nostre cas 5 V.  Vo (2): pin pel qual es coneixerà si el sensor ha detectat infrarojos reflectits sobre la línia blanca. La sortida és de tipus digital: 1 o 0. o “0”: s’ha detectat llum infraroja, és a dir, hi ha línia sota el sensor. o “1”: no s’ha detectat llum infraroja, en conseqüència, no hi ha línia sota el sensor.  GND (3): pin amb nivell de tensió de referència, massa.  GLout (4): pin sobre el que el mateix IS471F genera un senyal com el que presenta la figura següent: Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.Segons el full de característiques, típicament amb una alimentació de 5 V, t w ésaproximadament de 8 μs per un període tp d’uns 130 μs.Si es té el led emissor d’infrarojos connectat al terminal GLout, s’aconsegueix que el lednomés emeti llum mentre el senyal polsant d’aquest terminal es troba a nivell baix i amés, el sensor únicament realitza el sensat durant el pols de nivell baix. D’aquesta maneras’aconsegueix sincronitzar l’emissió de la llum infraroja amb el seu sensat.
  31. 31. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F.Les resistències de 100 Ω R33, R34 i R35 limiten el pas del corrent a través del led infraroigi mitjançant els potenciòmetres d’1 kΩ s’acaba d’ajustar la quantitat de llum que esdesitja que emetin els leds infrarojos.3.3.1.2 Indicacions del fabricantEl fabricant especifica que es recomana situar algun condensador de 330 nF entre elterminal d’alimentació del sensor i massa, per filtrar possibles rissats de tensió queapareguin a la línia. Els condensadors d’aquest tipus són el C12, C13 i C14 del circuit isovint se’ls anomena condensadors de “bypass”.3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensorsTal i com s’ha explicat, la sortida dels sensors és:  “0” quan s’ha reflectit llum infraroja sobre la superfície que s’està mostrejant, és a dir, es té línia blanca davant del sensor.  “1” quan no s’ha reflectit llum infraroja, per tant, no es té la línia blanca a seguir.És per aquest motiu que s’ha introduït un integrat 74HC14. Consisteix en un inversor de 6canals amb el que s’aconsegueixen dos aspectes diferents:  Invertir el que s’ha dit abans sobre l’estat dels sensors. De forma inconscient les persones preferim allò que destaca sobre el que passa desapercebut. Un exemple: el color vermell de les senyals vials. El mateix passa amb els senyals elèctrics: interessa més un “1” que un “0” per indicar que hi ha línia blanca davant del sensor. Introduint un inversor a cada sortida dels sensors s’aconsegueix aquest acondicionament del senyal a llegir. Finalment doncs, per portar a terme la lectura des del pic: o “1”→ hi ha línia blanca davant del sensor. o “0”→ no hi ha línia blanca davant del sensor. Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14.
  32. 32. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor  Les tres línies de lectura des del pic actuen com senyals d’activació de 3 leds independents per cada un dels tres sensors. D’aquesta manera permet la verificació visual de l’estat del sensor sense haver d’utilitzar el multímetre o l’ordinador per saber-lo. Consisteix en una comoditat afegida per “debugar” més fàcilment el funcionament del robot. Exemple de funcionament: Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14. En definitiva: o Led encès→ hi ha línia blanca davant del sensor associat. o Led apagat→ no hi ha línia blanca davant del sensor associat. Cada led l’acompanya una resistència de 560 Ω. Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis.Les resistències que separen les sortides del 74HC14 del pic de 220 Ω, tenen la funció delimitar el corrent que pugui circular entre els dos integrats.L’element que segons l’esquemàtic permet l’alimentació dels leds testimonis i que portaper nom “jumper leds”, consisteix en un jumper. Aquest serà com el que apareix a lafigura següent.
  33. 33. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis.Aquest component permet desconnectar els leds testimonis per reduir el consum decorrent que aquests produeixen quan el robot funciona correctament i no s’estan fentprobes de funcionament de hardware o software en el que sigui necessari veurevisualment l’estat dels sensors.3.3.3 ConnectorsConnector d’alimentació de la placa de sensors (CON VDD SENSORS)Connector que permet l’alimentació a 5 V de la placa de sensors. Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors.Connector lectura estat dels sensors (CON SENSORS IS471)Aquest connector conté les tres línies que el pic ha de llegir per conèixer l’estats delssensors. Són les línies que porten per nom SENSOR_X-PIC. Si la línia conté un “1”, elsensor corresponent indica que té línia blanca davant seu. Pel contrari, un “0” indicaràque no té línia blanca. Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors.3.3.4 AltresA continuació es descriuen la resta de components que formen el circuit esquemàtic de laplaca dels sensors.3.3.4.1 Led indicador d’alimentació de la placa de sensorsLa seva funció és indicar que la placa de sensors està alimentada. L’acompanya laresistència R29 de 330 Ω.
  34. 34. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors.3.3.4.2 Condensador a l’entrada de “bypass”Aquest condensador elimina possibles rissats de tensió que arribin a la placa de sensorsper la línia de 5 V. Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors.3.3.4.3 Test Points línies de lectura des del picPunts de test que permet detectar errors o verificar els senyals rebuts en el pic. Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic.3.3.4.4 Forats subjecció mecànicaLa placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 2 forats pensatsper subjectar la placa de sensors a l’estructura del robot. Són els components que portenper nom “Cargol 11” i “Cargol 12”. Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors4. Disseny del LayoutFins ara s’ha descrit la funcionalitat de cadascun dels components que configuren elcircuit esquemàtic del robot. En aquest apartat es presenta el disseny del layout decadascuna de les plaques. Es mostraran les vistes TOP i BOTTOM de les plaques de circuitimprès i imatges que identifiquin els components en les seves posicions finals en lesplaques. Finalment es mostraran les vies que apareixen en el circuit ja que són difícilsd’apreciar a simple vista i en algun cas són imprescindibles pel correcte funcionament delcircuit.4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador
  35. 35. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador.4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador.
  36. 36. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor4.1.3 Components de la placa del microcontrolador Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador.4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels motors4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors.
  37. 37. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors.4.2.3 Components de la placa del driver dels motors Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors.
  38. 38. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors.4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors.4.3.3 Components de la placa de sensors
  39. 39. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors.4.4 ViesLes vies són canvis de cara de la placa enmig d’una pista. A vegades són necessàries perpermetre una major comoditat en el moment de fer soldadures. És important no oblidar-se’n cap. A més es recomana soldar primer de tot les vies de la placa i procedir a soldarla resta d’elements segons la seva alçada en la placa: de més baixa altura a més altaaltura. A continuació es mostren les imatges que indiquen amb cercles vermells lesposicions de les vies.4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador.
  40. 40. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors.4.4.3 Vies de la placa de sensors Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors.
  41. 41. Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor5. ConclusionsEn aquest treball s’ha descrit la fase de disseny del hardware electrònic que incorpora elrobot base del “Taller de robòtica mòbil”. Aquesta fase integra el circuit esquemàtic i eldisseny del layout de les plaques pcb. Es pretén que els alumnes que participen en eltaller i no tenen gaires coneixements d’electrònica pel cas que sigui, puguin entendre elperquè de cada component i la seva funció dins del circuit. A més també s’intenta quel’alumne es familiaritzi amb el programari ORCAD que permet el traçat d’esquemeselectrònics i el posterior disseny de les plaques. A continuació l’alumne haurà de soldar elscomponents, part de les més pràctiques alhora de construir el robot on sovint veurà quel’habilitat manual també és important en l’enginyeria. Finalment haurà de comprovar totel que s’ha descrit en aquesta memòria per tal de detectar els errors el més aviat possibleabans de passar a fases posteriors, com poden ser la programació del pic, debugació delcodi i les proves a la pista.

×