El robot consta de 3 placas que albergan los circuitos que hacen posible su funcionamiento.
La placa principal, denominada placa TOP alberga el microcontrolador y los circuitos auxiliares de este, la etapa de potencia, encargada de adaptar la tensión de las baterías a una apta para los elementos del robot, la etapa de control de los motores y también sirve de soporte de varios sensores además del dispositivo de comunicación bluetooth seleccionado.
DESCRIPCIÓN DE LAS DISTINTAS ETAPAS DE LA PLACA TOP:
Etapa de potencia:
Su elemento principal es el regulador de tensión LM7805 el cual reduce la tensión procedente de las baterías, que entregan una tensión máxima de 12,6V, a una tensión de entre 4,8V e 5,2V. Para que esto se cumpla, la tensión de entrada (VI) mínima
tiene que ser de 7V.
El LM7805 está conectado al condensador cerámico C1 de 100nF y al condensador electrolítico C2 de 16uF, estos condensadores mejoran la respuesta transitoria del sistema.
Esta etapa protege al sistema de posibles conexiones erróneas de los terminales de las baterías mediante el diodo D1, de tipo 1N4007.
Este circuito puede alimentarse con las baterías a través de los pines VBAT e GND o con la placa Arduino por ARD 5V y ARD GND, para evitar problemas de doble conexión, el terminal ARD 5V y el VBAT se conectan al circuito a través de un interruptor, el cual selecciona cual de los dos terminales alimentará al circuito. De alimentarse a través de Arduino, la corriente omite el paso por el LM7805, por estar ya regulada a 5V.
La salida de este circuito está conectada á masa a través de la resistencia R4 de 10K en serie con el diodo LED rojo D2, el cual se enciende cuando esta etapa proporciona 5V, permitindo así una fácil observación de la correcta conexión.
En este circuito también están incluidas las resistencias R1, R2 de 20K e R3 de 5K que forman un divisor de tensión el cual divide la tensión presente en VBAT entre 3, lo que permite conectar a su salida el microcontrolador, ya que la tensión nunca rebasará la máxima admitida por este que es de 5V, este circuito se diseña así por que las baterías entregan una tensión máxima de
12,6V que si se divide entre 3 queda en 4,2V y no ocasiona problemas al microcontrolador.
Control de los motores:
Esta etapa es necesaria para poder controlar el funcionamiento de los motores, los cuales tienen un consumo típico de 5V y 600 mA aprox. El microcontrolador no puede ofrecer estos niveles de corriente, por eso este circuito es imprescindible.
El control de los motores es posible, gracias a un Puente-H constituido por el circuito L293D.
El L293D precisa dos entradas de alimentación, conectadas a los pines 16 (Vss) y 8 (Vs), la primera tiene que ser de 5V y es utilizada para alimentar la lógica, mientras que la segunda es la de alimentación de la carga, que en este caso también será de 5V.
Cada par de etapas del circuito posee una entrada de inhibición pines 1 (EN1) y 9 (EN2) que permiten la des habilitación de las salidas pines 3 (OUT1),6 (OUT2) 11 (OUT3) e 14 (OUT4).
Los terminales de entrada 2 (IN1) y 7 (IN2) de la etapa 1 y 2 están relacionados con EN1, OUT1 e OUT2, y se encargan del control del Motor-A. Las entradas 10(IN3) y 15 (IN4) de las etapas 3 y 4 se relacionan igualmente con EN2, OUT3 y OUT4 ligadas estas al Motor-B.
La respuesta del Motor-A en función de IN1, IN2 y EN1 es mostrada a continuación.
IN1—IN2 —EN1—>Gira
H——-L——H—->Derecha
L——-H——H—->Izquierda
X——-X——L—->Parado
H: Entrada a nivel alto.
L: Entrada a nivel bajo.
X: Indiferente.
La respuesta del Motor-B es similar a la del Motor-A.
La velocidad de giro de los motores se regula en función de la tensión de alimentación de los mismos. Esto se hace aplicando una señal regulable en anchura. Esto se denomina PWM (Pulse Width Modulated) o Regulación por Ancho de Pulso.
Las salidas OUTx se conectan a masa a través de los condensadores cerámicos de 100 pF C4,C5,C6 y C7 para mejorar la respuesta dinámica de los motores.
Las entradas INx están conectadas a las puertas inversoras del circuito SN74HC14N, de tal forma que hacen posible el funcionamiento de los motores explicado arriba con tan solo 2 terminales del microcontrolador por motor, DIR-1 y DIR-2
ahorrando así salídas de este.
Las conexiones DIR-1 y DIR-2 se encargan del sentido de giro de los motores y PWM-1 y PWM-2 conectados a ENx de su velocidad mediante Modulación por Anchura de Pulso (PWM).
DIR-x y PWM-x se conectan en paralelo con los componentes explicados, L293D y SN74HC14N, con las resistencias R5,R6,R7 y R8 de 100K para proteger al circuito.
El L293D admite una corriente de pico máxima de 1,2A y una media de 600mA, esto se tiene en cuenta a la hora de elegir los motores y su alimentación, porque la corriente máxima de cada motor alimentado a 6V es de 760mA y si los motores son forzados a detenerse mientras se les da la orden de girar, la corriente máxima puede ser de 1520mA lo que superaría la corriente de pico del L293D, por esto se reduce la tensión de los motores a 5V, rebajando también así su corriente máxima por debajo del límite del L293D.
Etapa de control:
El esquema anterior corresponde a la etapa de control. En el se observa el cristal X1 de 16MHz conectado entre los condensadores C8 y C9, Los cuales viene marcados en las hojas de características del Arduino Leonardo, el esquema que hace mención a estos
componentes. También vienen indicados en las hojas de características del Arduino Leonardo las conexiones de alimentación como son las de los pines 7 de tensión y 8 y 22 de masa que no aparecen en el esquema, el 1 de reset, y los 20 y 21 de tensión.
También se incluyó el diodo LED D1 con la resistencia en serie R11, ambos conectados al pin 19 que corresponde con el puerto digital 13 y que tiene ciertas características como la de parpadear en el momento de cargar los programas, pero que también puede ser programado para que se ilumine cuando sea preciso.
Se introdujo un MINIPULSADOR conectado al pin 6 correspondiente con el puerto digital 4.
Para la carga de programas se utilizan las conexiones ARD1,2,3 y 4 correspondientes con los pines 18, 1, 19 y 17 respectivamente; estas se conectan a la placa Arduino Leonardo tal y como se explicará en una próxima entrada. Con esta conexión, conectada la placa Arduino por USB al ordenador es posible la carga de los programas en el microcontrolador.
El bloque de terminales BLUE es la entrada del Módulo de Bluetooth JY-MCU, el cual tiene que conectarse de forma que sus pines cuadren con los del siguiente esquema.
Cabe mencionar que el puerto RX del Atmega se conecta al puerto TX del Bluetooth y el puerto RX de este, con el TX del Atmega.
Etapa de sensores.
Esta etapa, corresponde a los sensores situados en el circuito TOP. Estos son IR1,2,3 que corresponden con sensores de infrarrojos SHARP 0A41SK además de USA y USB que son los sensores de ultrasonidos HC-SR04. Todos estos funcionan con una tensión de alimentación de 5V.
A continuación una simulación de la placa diseñada seguida de la placa real.
Para realizar esta placa se diseñó el fotolito siguiente:
Cara superior
Cara Inferior
BotyBot.es 