Instituto Politécnico Nacional

Escuela superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica.

Circuitos Lógicos.

Proyecto.

Seguidor de luz.

Integrantes del Equipo:

Cebada Vite Karina

Martínez Gutiérrez Adriana

Monroy Siciliano Erick Fermín

“Seguidor de luz”

Objetivos.

Interpretar esquemas eléctricos y electrónicos, realizar la conexión física y efectuar el montaje de estos sobre una base.

Diseñar, planificar y construir un robot con elementos mecánicos, eléctricos y electrónicos, que incorpore sensores para conseguir información del entorno y así reaccionar según los datos obtenidos por los mismos.

Interpretar los distintos componentes del circuito de controly la función de cada uno de ellos.

Descripción.

El seguidor de luz es un robot específicamente diseñado a tal efecto que su única tarea es encontrar un punto de luz dentro de su ángulo de detección de 180º frontales y dirigirse lo mas rápido posible hacia tal fuente de luz.

Este consta de 3 sensores de luz LDR dispuestos en ángulo de 60º uno del otro y metidos en una bocina dividida en 3 partes y echa con cartulina negra para evitar que la luz ambiente afecte a la buena detección de la fuente de luz

a encontrar, también dispone de 3 circuitos comparadores analógicos de tensión en torno a amplificadores operacionales en modo comparador y lógica digital programable en torno a circuitos integrados de la serie 74, el driver controlador de los motores es un ULN2003 con lo que se logra controlar el encendido de los dos motores independientemente, al usar el ULN2003 no se dispone de control de dirección de giro.

Material.

Cantidad Descripción.3 LDR.1 74SL1381 74SL1471 ULN20031 78052 Capacitores de 1nF1 Capacitor de 10µf15 Resistencia de 10kΩ4 Resistencias de 220Ω2 Capacitores de 100nF2 LM358N4 Led’s3 Resistencias variables de 10kΩ2 Motores1 74SL14

Funcionamiento.

El circuito principal del robot que contiene la lógica digital compuesta por circuitos integrados de la serie 74, el diseño del circuito se puede programar de manera manual. De esta manera seremos nosotros mismos los que programemos la actitud del robot según las condiciones o eventos externos captados por los sensores.

Sensores.

El siguiente esquema muestra el circuito utilizado para poder ajustar la sensibilidad o histéresis del nivel luz a detectar y de este modo poder dejar fuera de acción a la luz ambiente u otras posibles fuentes de luz.

El funcionamiento de este circuito es de la siguiente manera, la LDR varia su resistencia interna en función de la luz que incide sobre ella, a mas luz menos resistencia y viceversa, la LDR variara su valor en función de la luz y la otra es una resistencia fija de 10K, al variar la LDR de valor lo que también hará es variar la tensión en el punto intermedio entre las dos resistencias, con lo que ya tenemos un nivel de tensión proporcional a la luz. Después lo que se hace es comparar el nivel de tensión proporcionado por el conjunto divisor de tensión LDR-Resistencia con otra tensión variable esta vez obtenida de un potenciómetro, el amplificador operacional (LM538)lo que hace es activar su salida o desactivarla en función de si los valores en su entrada positiva es igual o mayor al de su salida negativa, de este modo podemos ajustar el nivel de histéresis del circuito, es decir con que valor mínimo de luz se activara su salida.

En la salida del amplificador operacional se coloco LED para tener una indicación de visual del estado de salida del circuito y de este modo poder ajustar fácilmente.

Lógica de control ½.

En esta parte tenemos la mitad del sistema lógico de control.

En este utilizamos 3 LDR que equivalen a 8 posibles estados de salida en conjunto, ya que en forma binaria no son muy útiles, usaremos el circuito integrado 74LS138 que es un conversor BCD-Decimal de 3, ya que las salidas de este integrado son pull-up y se activan a nivel bajo, siempre están a 5V menos cuando se activa la salida que pasa a ser 0V o GND.

Se utilizaron unos disparadores triggerschmitt tipo 74LS14 en las entradas, debido a que los amplificadores operacionales LM358 no dan mas que 3,3 V a sus salidas y si se ponen directamente al 74LS138 este tomaría todo como 0.

Los 74LS138 decodifican una de las ocho líneas, con base en las condiciones en las tres entradas binarias selectas y las tres entradas de habilitación.

El 74LS14 Inversor hexagonal con las entradas del disparador de Schmitt. Este dispositivo contiene seis puertas independientes, cada uno de los cuales realiza la función lógica INVERT. Cada entrada tiene histéresis que aumenta la inmunidad al ruido y transforma una cambiando poco a poco la señal de entrada a un cambio rápido.

Lógica de control 2/2.

En la segunda parte del circuito de control, tenemos 8 salidas del 74LS138 y solo 2 motores que actuar, el control que vamos a tener sobre ellos va a ser que solo podamos activarlos o desactivarlos en una dirección para girar el robot, mantendrá un lado frenado mientras la otras rueda gira. Para controlar los motores usaremos un circuito integrado para motores modelo ULN2003. Los motor tiene 2 cables, en un motor uno de los cables se conectara a Vcc y el otro lo hacemos pasar por el driver que actuara como un interruptor y activara o no el motor, el otro motor se conectara a GND, tenemos 2 cables para el control de los 2 motores, 2 cables que serian 4 posibles estados, que son: adelante, giro derecha, giro izquierda, parado, de esta forma tenemos el control de todas las posibles acciones del robot.

Usaremos para las salidas del 74SL138, que son 8 salidas para los 2 motores, un codificador de prioridad o conversor Decimal-BCD, que es el 74LS147 que dispone de 9 entradas independientes y una salida binaria de 4 bits equivalente a la entrada activa, para activar los motores se utilizaran las salidas A y B, las entradas del codificador de prioridad se han puesto a pull-up mediante resistencias y se activaran a nivel bajo, recordemos que el 74138 activaba sus salidas a nivel bajo, con lo que los 2 integrados 74SL138 y el 74SL147 se acoplan entre si a la perfección.

Se utilizo el regulador de tensión 7805 que regulara a 5V los 9V obtenidos de la pila que alimenta el circuito.

El ULN2003 ULN2001A, ULN2002A, y ULN2004A son de alta tensión, alta corriente pueden soportar las corrientes máximas de 600mA. Diodos de supresión se incluyen para la conducción de carga inductiva.

El 74LS147Es un convertidor de diez líneas a Código BCD.La característica especial de este integrado es que es un codificador de prioridad, solamente el número decimal más alto va a estar presente en la salida en el caso de que se tengan dos o más números en la entrada.

Diagrama completo.

Montaje.

Nuestro seguidor de luz lo armamos en dos proboards, para su montaje utilizamos una base de acrílico, a la cual le pegamos los motores y a estos, en

sus flechas le acoplamos una llantas de un carrito de juguete, también utilizamos una cartulina negra para hacer una tipo bocina, de 180º en total dividida en 3 sectores a 60º en donde ubicaremos las LDR, se utilizo una cartulina negra para así tener una mejor detección.

Programación.

La tabla de la verdad del circuito integrado 74LS138 es la siguiente:

Input Output Estado de los sensores

C B A /Q=L0 0 0 1 Luz en todos0 0 1 20 1 0 30 1 1 41 0 0 51 0 1 61 1 0 71 1 1 8 Oscuridad total

Podemos ver que cada combinación de entrada de los sensores LDR equivale a que una de las salidas del integrado tome el valor lógico bajo. Tendremos en cuenta para la programación que las señales provenientes de las LDR son invertidas al pasar por el triggerSchmitt (74SL14) con lo que en ausencia de luz captaremos todas las entradas a nivel lógico alto. Como puede verse hay dos campos correspondientes a oscuridad y luz en todos los sensoresLos números de salida equivalen a cada pin del 74SL147 del circuito de control.

En la siguiente tabla de la verdad podemos ver la equivalente al circuito integrado 74LS147 codificador de prioridad, que como vemos saca un valor binario equivalente a la entrada que tiene puesta a nivel bajo.

/Entrada /Salida

1 2 3 4 5 6 7 8 9 D C B A Descripción.

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 En movimiento.

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0

1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 Parado1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 Parado1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 1

1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0

Como podemos observar las salidas C y D están representadas en otro color ya que no se toman en cuenta. La primera posición cuya descripción es "en movimiento" corresponde al caso en que todos los pines del 74SL147 están en Vcc por las resistencias de polarización y por lo tanto los dos motores se moverán hacia delante.