MANUAL DE PRÁCTICAS CON PICAXE CONTRUCCIÓN DE UN ROBOT RASTREADOR

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| GRUPO DE TRABAJO PROYECTO CANTABROBOTS 3.0: Ana Núñez, Marta Gutiérrez, Didio Sordo, María Guijarro y José Andrés Echevarría

INDICE: 1. Definición de Robot. 1.1.- Sistemas de control programado. 2.- El sistema PICAXE. 2.1.- Tipos de chips PICAXE. 2.2.- PICAXE 08-M2. 3.- Placa Rastreador PICAXE 08-M2. 3.1.- Circuito de alimentación. 3.2.- Sensores. 3.3.- Circuito de alimentación de motores. 3.4.- Comunicación con el ordenador. 3.5.- Circuito de control. 3.6.- Control de servomotores. 3.7.- Esquema completo. 4.- Proceso de construcción del Robot. 4.1.- Montaje del circuito electrónico. 4.2.- Construcción del chasis. 5.- Software de programación.

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6.- PRÁCTICAS: PRÁCTICA 1: ENCENDIDO Y APAGADO DEL PIN 5, OUT 2 EN BASIC. PRÁCTICA 2: ENCENDIDO Y APAGADO DEL PIN 5, OUT 2 EN FLOWCHART. PRÁCTICA 3: S.O.S. PROGRAMADO EN BASIC Y EN FLOWCHART. PRÁCTICA 4: UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA LOGICATOR FOR PICAXE. PRÁCTICA 5: ENCENDIDO/APAGADO MOTOR IZQUIERDO. PRÁCTICA 6: SIRENAS DE POLICIA. MOTORES IZQUIERDO/DERECHO. PRÁCTICA 7: SIRENAS DE POLICIA. FUNCIÓN OUTPUTS. PRÁCTICA 8: FUNCIÓN DECISION. PRÁCTICA 9: ACTIVACIÓN MOTORES. FUNCIÓN DECISION. PRÁCTICA 10: ESTUDIO DEL CONTROL DE UN PEQUEÑO ROBOT SEGUIDOR DE LÍNEA. PRÁCTICA 11: SEGUIDOR DE LINEA (2) USO DE CABECERAS. ACTIVIDAD 12: LECTURA DE UNA ENTRADA DIGITAL (BASIC Y DIAGRAMA DE FLUJO). PRÁCTICA 13: SEGUIDOR DE LINEA SIMPLE CON SIMBOLOS. (UTILIZANDO EL PROGRAMMING EDITOR). PRÁCTICA 14: CONTROL POR INFRAROJOS. PRÁCTICA 15: CONTROL DE TEMPERATURA. PRACTICA 16: CONTROL DE SUBIDA-BAJADA DE UNA BARRERA CON UN SERVO.

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1. DEFINICIÓN DE ROBOT. Según

Wikipedia (http://es.wikipedia.org/wiki/Robot), un robot es una entidad virtual o

mecánica artificial. En la práctica, esto es por lo general un sistema electromecánico que, por su apariencia o sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito propio. La independencia creada en sus movimientos hace que sus acciones sean la razón de un estudio razonable y profundo en el área de la ciencia y tecnología. La palabra robot puede referirse tanto a mecanismos físicos como a sistemas virtuales de software, aunque suele aludirse a los segundos con el término de bots. 2.- EL SISTEMA PICAXE El sistema "PICAXE" es un sistema de microcontrolador fácil de programar que utiliza un lenguaje BASIC muy simple. El sistema PICAXE explota las características

únicas

de

la

nueva

generación

de

microcontroladores de bajo costo FLASH. La ventaja de esta memoria es que no pierde el programa descargado cuando la fuente de alimentación (baterías) es desconectada del circuito – cuando las baterías son reconectadas el programa se inicia nuevamente. Sin embargo, cuando se desee reprogramar el PICAXE, se puede descargar un nuevo programa; esta acción borra el viejo programa almacenado en la memoria y almacena el nuevo programa en la memoria. La memoria sólo permite el almacenamiento de un programa a la vez. No es posible sacar el programa fuera de la memoria del PICAXE. Para “leerlo” debe guardarlo en su ordenador antes de descargarlo al PICAXE.

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2.1.- PICAXE 08M2 El chip 8M2 tiene un procesador, memoria donde guardar el programa y memoria RAM. Los pines 3, 4, 5, y 6 son polivalentes y pueden servir como entradas digitales o analógicas, salidas digitales o analógicas o muchas otras funciones más. Los pines 1 y 8 sirven para alimentar el chip con una tensión de 5 voltios y los 2 y 7 para comunicar el chip con el ordenador y poder programarlo.

El circuito de alimentación y comunicación del chip es el siguiente: ¡¡¡Alimentación

de

los

chips

PICAXE!!! Los últimos chips PICAXE (M2 y X2) se pueden conectar a 3V, 4.5V o 5V. La mayoría de las personas suelen utilizar 4.5V (3xAA ó 3xAAA) . “Nunca conectar una batería de 9V PP3 directamente a un chip PICAXE”

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3.- CONCEPTOS DE ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA 3.1.- ¿QUÉ ES LA ELECTRICIDAD? La electricidad es el conjunto de fenómenos físicos relacionados con la presencia y flujo de cargas eléctricas. Se manifiesta en una gran variedad de fenómenos como los rayos, la electricidad estática,

la

inducción

electromagnética

o

el

flujo

de

corriente

eléctrica.

(http://es.wikipedia.org/wiki/Electricidad) 3.2.- ¿QUÉ ES LA CARGA ELÉCTRICA. La carga eléctrica es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. (http://es.wikipedia.org/wiki/Carga_el%C3%A9ctrica). 3.3.- ¿QUÉ ES EL VOLTAJE? El voltaje o la tensión o la diferencia de potencial es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. Es decir, es la “fuerza” que hace que se muevan las cargas en un circuito eléctrico. Su unidad es el voltio (v). 3.3.1.- ¿QUÉ ES UNA PILA ELÉCTRICA? Una pila eléctrica es un dispositivo que convierte energía química en energía eléctrica por un proceso químico transitorio, tras lo cual cesa su actividad

y han

de renovarse

sus elementos

constituyentes, puesto que sus características resultan alteradas durante el mismo. Se trata de un generador primario. Esta energía resulta accesible mediante dos terminales que tiene la pila, llamados polos, electrodos o bornes. Uno de ellos es el polo negativo o ánodo y el otro es el polo positivo o cátodo.

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Su símbolo es el siguiente:

RESUELVE: 1.- ¿Cuántas pilas necesita tu Robot para funcionar?

2.- ¿De qué tipo?

3.- ¿Cuál es el voltaje total?

4.- ¿Cómo están asociadas; en serie o en paralelo?, ¿Se pueden conseguir diferentes voltajes asociando las pilas de diferentes formas? Razona estas respuestas y dibuja los esquemas correspondientes con cada tipo de asociación.

5.- Según el ejercicio anterior; ¿podrías obtener una fórmula para calcular el voltaje total de un conjunto de pilas asociadas en serie y otra para las pilas asociadas en paralelo?

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3.3.2.- CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN Tal como muestra el esquema, el circuito se puede alimentar directamente con un pack de pilas AA de 6 voltios (4x1, 5V) o bien con una tensión superior si incorporamos un regulador de voltaje LM7805. Después del pack de baterías, existe el diodo D1 destinado a que en caso de inversión accidental de la polaridad de las pilas, el circuito quede protegido, ya que este diodo sólo conduce si el positivo de las baterías se encuentra en su ánodo. A continuación del diodo, está instalado el interruptor S1 para poder detener y poner en marcha el Robot. 3.4.- ¿QUÉ ES LA INTENSIDAD DE CORRIENTE? La intensidad de corriente eléctrica o corriente eléctrica es la cantidad de electrones que circulan por una sección de un conductor por unidad de tiempo. Su unidad es el Amperio (A) y su símbolo es I. 1 Amperio =

Hay dos tipos de corriente eléctrica, la Corriente Continua (DC) y la Corriente Alterna (AC). La corriente continua es aquella en la que los electrones circulan a través del conductor siempre en la misma dirección, es decir que los polos positivo y negativo son siempre los mismos. Un ejemplo de DC son las pilas y baterías.

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En la corriente alterna los electrones cambian periódicamente de sentido con cierta frecuencia, es decir que los polos varían. Este tipo de corriente es el que tenemos en nuestros hogares (220 v - 50 Hz). 3.5.- ¿QUÉ ES LA RESISTENCIA ELÉCTRICA?

La Resistencia eléctrica es la mayor o menor oposición que ofrece un cuerpo al paso de la corriente eléctrica. Su símbolo es R y su unidad en el sistema internacional es el Ohmio (Ω). Su símbolo es:

Las Resistencias se utilizan en los circuitos electrónicos para limitar el valor de la corriente o para fijar el valor de la tensión. Existen diferentes tipos de resistencias y las podemos clasificar en tres grandes grupos: FIJAS, VARIABLES (POTENCIÓMETROS) y DEPENDIENTES.

Las resistencias FIJAS tienen un valor constante y se identifican por un código de colores (son las que tenemos en nuestro Robot).

Las resistencias VARIABLES o POTENCIÓMETROS pueden variar su valor ya que disponen de una parte móvil que se puede cambiar. Un ejemplo de su uso es en reguladores de sonido. Las resistencias DEPENDIENTES cambian su valor en función de un parámetro físico como la temperatura, la luz,.. Un ejemplo típico de estas resistencias son las LDR (Light Depender Resistor o Resistencias Dependientes de la LUZ) que varían su valor en función de la luz que reciben. Otro ejemplo típico con los Termistores (NTC, PTC,…)

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Las resistencias FIJAS se identifican por un código de colores que nos indican su valor.

RESUELVE: El circuito impreso de nuestro Robot tiene 8 resistencias. Identifícalas según su código de colores y compruébalo con el polímetro.

.- 2 Resistencias de 220 Ω

________ ________ ________ ________

.- 2 Resistencias de 330 Ω

________ ________ ________ ________

.- 2 Resistencias de 100 KΩ

________ ________ ________ ________

.- 1 Resistencia de 10 KΩ

________ ________ ________ ________

.- 1 Resistencia de 22 KΩ

________ ________ ________ ________

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3.5.1.- ASOCIACIÓN DE RESISTENCIAS.

Nos podemos encontrar con tres tipos de asociaciones de resistencias, estas son: Asociación en Serie, Asociación en Paralelo y Asociación Mixta.

.- ASOCIACIÓN EN SERIE:

RT= R1+R2+R3+…

.- ASOCIACIÓN EN PARALELO:

.- ASOCIACIÓN MIXTA: Se va resolviendo el circuito por partes (en serie y en paralelo) y simplificándolo. 3.5.2.-EJEMPLO DE RESISTENCIAS EN NUESTRO ROBOT. El led va alimentado con 5 V. y tiene una resistencia en serie de 220 Ω para no quemarlo. La resistencia de 220 Ω situada en serie con el diodo, sirve para limitar la corriente de éste, ya que hacer circular mucho más de 20 mA, no aumentaría su nivel de luz, y si se conecta directamente quemaríamos el diodo LED.

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3.6.- ¿QUÉ ES LA LEY DE OHM? La LEY DE OHM es una fórmula matemática que relaciona las tres magnitudes básicas entre sí (Intensidad (A), Resistencia (R) y Voltaje (V)) y dice así; “La intensidad que recorre un circuito eléctrico es directamente proporcional al voltaje que la genera e inversa a la resistencia que ofrece el circuito”.

TABLA RESUMEN: MAGNITUD I R V

NOMBRE Intensidad Resistencia Voltaje

UNIDAD AMPERIO (A) OHMIO (Ω) VOLTAJE(V)

RESUELVE: 1.- El led del sensor CNY70 está alimentado con 5 V y tiene colocado en serie una resistencia de 220 Ω. Calcula cuanta intensidad recorrerá dicho led.

2.- Calcula el valor de una resistencia para colocar en serie con un led para que circule por este una intensidad de corriente de 15,15 mA con un voltaje de 5 V.

3.- Sabiendo que la resistencia interna de un motor es de 25 Ω y consume 200 mA, calcula el voltaje al que está alimentado.

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4.- PLACA Y COMPONENTES DEL ROBOT CON PICAXE-08M2. Esta placa tiene las siguientes características técnicas: -1 Chip PICAXE 08M2.

-2 entradas digitales para detectores de línea CNY70.

-2 salidas digitales para el control unidireccional de 2 motores mediante transistores monitorizadas por LED.

-1 salida para control servomotor.

-1 regulador de tensión 7805 (opcional).

-1 conector jack estéreo para la programación del PICAXE vía serie.

4.1.- ¿QUÉ ES UN DIODO? Un Diodo es un componente electrónico que tiene como característica más importante, el permitir el paso de la corriente eléctrica en un solo sentido. Nuestro Robot tiene un Diodo D1 situado en la cabeza del circuito, cuya función es la de proteger el resto de componentes electrónicos en caso de conectar las baterías de forma inversa.

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Un Diodo LED es un tipo especial de Diodo que emite luz, su funcionamiento se basa en que algunas sustancias semiconductoras, producen un efecto luminoso al ser recorridas por una corriente eléctrica. Existen de diferentes colores; verde, rojo, amarillo, azul, multicolor,… y necesitan ser polarizados directamente para que funcionen. La tensión máxima que soportan los Diodos LED es de unos 2 V. si se alimentan con mayor tensión es recomendable utilizar una resistencia en serie para proteger el LED ya que podría sufrir daños. 4.2.-¿QUÉ ES UN TRANSISTOR? Un transistor es un dispositivo electrónico semiconductor utilizado para producir una señal de salida en respuesta a otra señal de entrada. Cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término «transistor» es la contracción en inglés de transfer resistor («resistencia de transferencia»). Actualmente se encuentran prácticamente en todos los aparatos electrónicos de uso diario: radios, televisores, reproductores de audio y video, relojes de cuarzo, computadoras, lámparas fluorescentes, smartphones, etc. Los transistores constan de 3 terminales: emisor, colector y base. Hay diferentes tipos de transistores, pero nos centraremos en los bipolares. Dentro de ellos, según como sea la conexión de sus componentes, hay dos tipos, los NPN y los PNP. Se simbolizan de la siguiente manera: El de arriba es un transistor NPN y el de abajo un transistor PNP. En el NPN la flecha que indica el sentido de la corriente sale hacia fuera (la corriente irá de colector a emisor) mientras que en el PNP la flecha entra (la corriente irá de emisor a colector). Para más información ver: http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/quincena4/4q2_centro.htm 14

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En

nuestro

Robot

hay

dos

transistores

Darlington para el accionamiento de los motores. Es el transistor BDX53.

RESUELVE: ¿Qué tipo de transistor es el de nuestro proyecto y por qué? NPN □ PNP □

Investiga que es un transistor Darlington.

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4.3.- MOTORES, MOTORREDUCTORES Y SERVOMOTORES. Un motor eléctrico es un dispositivo que transforma la energía eléctrica en energía mecánica por medio de la acción de los campos magnéticos generados en sus bobinas.

Son máquinas eléctricas rotatorias compuestas por un estator y un rotor.

Un Motorreductor es un motor al cual se le ha añadido a la salida de su eje un conjunto de engranajes que lo que hacen es disminuir su velocidad y aumentar su par. Motor eléctrico cc. Reductora

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Un Servomotor (también llamado servo) es un dispositivo similar a un motor de corriente continua que tiene la capacidad de ubicarse en cualquier posición dentro de su rango de operación, y mantenerse estable en dicha posición.

Puede

ser

controlado

tanto

en

velocidad como en posición. Está conformado por un motor, una caja reductora y un circuito de control.

5.- ESQUEMAS ELÉCTRICOS DE LA PLACA DEL ROBOT RASTREADOR 5.1.- CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN Tal como muestra el esquema, el circuito se puede alimentar directamente con un pack de pilas AA de 6 voltios (4x1, 5V) o bien con una tensión superior si incorporamos un regulador de voltaje LM7805. Después del pack de baterías, existe el diodo D1 destinado a que en caso de inversión accidental de la polaridad de las pilas, el circuito quede protegido, ya que este diodo sólo conduce si el positivo de las baterías se encuentra en su ánodo. A continuación del diodo, está instalado el interruptor S1 para poder detener y poner en marcha el robot. 17

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5.2.- SENSORES La placa dispone de dos sensores tipo reflexivo CNY70. Estos sensores disponen de un led emisor de luz y un fototransistor que conduce cuando recibe la luz del led rebotada en algún objeto claro. El led va alimentado con 5 V. y una resistencia de 220 Ω para no quemarlo y el transistor lleva un inversor de tensión que da 5 V. cuando el sensor no detecta blanco y 0 V. cuando lo detecta. La resistencia de 220 Ω situada en serie con el diodo, sirve para limitar la corriente de éste, ya que hacer circular mucho más de 20 mA, no aumentaría su nivel de luz, y si se conecta directamente quemaríamos el diodo LED. Cuando el fototransistor conduce, se comporta como un interruptor cerrado, y por tanto libera 0 V. (negativo) en el PICAXE. La resistencia de 100 kΩ conectada al fototransistor, sirve para proporcionar 5 V. (positivo) al microcontrolador cuando el fototransistor no recibe luz. 5.3.- CIRCUITO DE ALIMENTACIÓN DE LOS MOTORES La salida del PICAXE-08M2, no alimenta directamente el motor, ya que el consumo de este sería excesivo para la poca corriente que esta salida podría entregar. Para solucionar este inconveniente, se utiliza 18

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un Transistor BDX53, que permite que a partir de una pequeña corriente que le llega a su base, haga circular una corriente más elevada que alimenta el motor. En este caso, el transistor trabaja como interruptor, es decir, poniendo en marcha o parando el motor en función de si llega o no corriente a su base. Los diodos LED situados en la base de los transistores, sirven precisamente para que podemos ver de una forma didáctica cuando hay circulación de corriente por la base. La resistencia de 330 Ω situada en serie con este led, permite para limitar su intensidad y la de la base del transistor. 5.4.- COMUNICACIÓN CON EL ORDENADOR La comunicación del chip con el ordenador, se realiza mediante los pines 7 y 2 del PICAXE08M2. Este recibe del ordenador el programa que hará funcionar el circuito. La recepción del programa se hace por la entrada Ser_in (entrada de comunicación serie). Las resistencias de 22KΩ y 10 KΩ sirven para ajustar el voltaje que entrega el ordenador al que necesita el microcontrolador. También es posible enviar datos desde el PICAXE-08M2 hacia el ordenador. En este caso, el chip envía los datos directamente desde la salida

Sout (salida de comunicación serie). 5.5.- CIRCUITO DE CONTROL El control del sistema lo hace el PICAXE08M2. Este se alimenta directamente con la tensión proveniente de las baterías. El condensador de 100 nF (100 nanofaradios)

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nF

sirve para filtrar la tensión de alimentación. Si no instaláramos este condensador, el circuito funcionaría igualmente, pero sería más vulnerable a las interferencias eléctricas. 5.6.- CONTROL DE SERVOMOTORES En

una

de

las

salidas

del

microcontrolador hay conectado un terminal llamado "servo". Este, sirve por si se deseara instalar un "servomotor" de los utilizados en radiocontrol con el fin de dotar al robot de un sistema de dirección. 5.7.- ESQUEMA COMPLETO

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6.- PROCESO DE CONSTRUCCIÓN DEL ROBOT. 6.1.- MONTAJE DEL CIRCUITO ELECTRÓNICO .- Soldar la placa picaxe08M2 siguiendo las instrucciones del siguiente video: http://www.youtube.com/watch?v=w737-K42VZk 6.1.1.- HERRAMIENTAS NECESARIAS: .- Soldador de estaño de punta fina 30 W. .- Alicates de corte pequeños.

6.1.2.- PREPARACIÓN DE LOS COMPONENTES: Tendremos a mano todo los componentes que deben ir situados sobre la placa. Deberemos tener especial cuidado en la soldadura de los elementos semiconductores (diodos, transistores, leds y sensores), ya que estos son sensibles a un exceso de calor. El

circuito

integrado

también

es

un

semiconductor, pero no va soldado directamente sobre la placa, sino que se inserta en una base o zócalo previsto para esta función.

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6.1.3.- INSERCIÓN Y SOLDADURA DE LOS COMPONENTES: Recordar que: •

Insertaremos los componentes por la cara serigrafiada.

•

Soldaremos el componente en el punto de soldadura correspondiente. Hay que tener en cuenta que la limpieza de los elementos a soldar (placa y terminales del componente) así como de la propia punta del soldador, son un factor importantísimo a la hora de tener éxito en las soldaduras. Es por ello que hay que tener en cuenta en todo momento estos factores. La punta del soldador será limpiada de manera asidua con una esponja húmeda.

•

Hay que evitar la formación de " bolitas "de estaño en la soldadura, síntoma de suciedad en los componentes que puede provocar que ésta no funcione.

•

También hay que evitar que el estaño de la soldadura quede "pastoso" en vez de líquido. Esto ocurre cuando el tiempo en el que aplicamos el soldador es demasiado pequeño, o estamos utilizando un soldador de poca potencia.

•

Cortaremos por la base los terminales sobrantes, con la ayuda de unos alicates de corte adecuadas.

•

Hay que recordar que algunos componentes como las resistencias no tienen polaridad, es decir, que se pueden insertar en el circuito en un sentido u otro.

•

Otros, en cambio si tienen polaridad. Es el caso del Diodos y Leds, que se debe distinguir entre el ánodo y el cátodo, los Transistores, que tienen tres terminales diferentes, los circuitos integrados, que tienen pines con funciones específicas asignadas, etc. En estos casos, se absolutamente indispensable asegurarnos de que insertamos el componente en la placa en el sentido correcto.

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.- En primer lugar montaremos las resistencias. Recordar

el

código

de

colores.

Cuando estén soldadas, recortaremos las patillas sobrantes. .- Con dos de las patillas cortadas haremos los puentes como se indica en la foto.

.- Soldamos el Diodo. ¡¡¡OJO!!! Este sí tiene POLARIDAD. No conviene calentarlo mucho.

.- Soldar el zócalo del chip. Hay que fijarse en la muesca redonda.

.- Antes de soldar el conector Jack es muy importante cortar las patillitas de plástico. .- Cortamos con la mano la pestaña de los sensores CNY70.

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.- Soldamos los portasensores y los pines de los dos motores.

.- Soldamos los Didos LED. Estos diodos

tienen

polaridad.

Nos

fijaremos en las muescas para que coincidan con las de la placa. No introducir los diodos más que la marca que tienen en la patilla. .- Soldamos el condensador. Cuidado con la POLARIDAD.

.-

Soldamos

los

transistores,

colocando cada patilla en su sitio. No conviene calentarlos demasiado.

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.-

Una

vez

soldados todos

los

componentes de la placa colocaremos el chip Picaxe 08M2. Nos

fijaremos

en

la

muesca

semicircular al colocarlo sobre su zócalo.

.- Colocaremos los sensores CNY70 haciendo coincidir la cara escrita con la flecha de la placa, tal y como se muestra en la figura.

Una vez realizada la soldadura de los componentes, sólo habrá que soldar los hilos correspondientes a las pilas. Respetaremos la codificación de colores de los hilos, es decir, utilizaremos el rojo para el positivo y el negro para el negativo.

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4.2.- CONSTRUCCIÓN DEL CHASIS. .- Pegar las plantillas encima de la lámina de plástico con cola de barra.

.- Mecanizar las dos piezas (A y B) según los planos. La lámina de plástico se puede cortar con una sierra de marquetería. .- Con la ayuda de la plegadora

de

plástico, hacer los pliegues indicados en los planos. *Si no se dispone de plegadora, se puede utilizar un soplador de aire caliente protegiendo las zonas que no se quieren calentar con un par de listones de madera. .- Soldar los cables a los dos motores. Poner proteger

fundas las

cortocircuitos.

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termoretráctiles soldaduras

y

para evitar

.- Sujetar los dos motores con tornillos M3x30mm. Poner 4 arandelas y una tuerca intermedia en cada tornillo. *Hay que tener la precaución de no apretar

excesivamente

la

tuerca

intermedia, ya que se bloquearían los engranajes

de

la

caja

reductora,

disminuiría la velocidad de rotación del eje y podría comportar que el motor se quemara. .- Colocar la placa Picaxe 08M2 a la pieza B con tornillos M3X12mm con sus respectivas

arandelas

en

su

parte

superior y dos tonillos M3x16mm en la inferior.

.- Unir las piezas de plástico A y B según la foto adjunta y atornillar el tornillo autoroscante en su parte inferior (este tornillo hará la función de rueda loca).

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.- Atornillar los motores al chasis con tuercas y aranderas.

.- Construcción de las ruedas. Unir las piezas cilíndricas de madera con los CDs utilizando 4 tornillos de 2,9x6,5 mm. Las piezas de madera se entregan taladradas a 5,10mm de diámetro para que encajen perfectamente en el eje de los motores. Para que el CD no patine, colocar cinta “vulcanizable” en todo su perímetro. Para ello, quitar el precinto y alargar la cinta tirando de sus dos extremos. .- Poner en cada rueda un tornillo de 2,9x6,5mm (DIN7981) con una arandela, para evitar que la rueda se salga del eje. .- Colocar “velcro” al porta pilas y al chasis.

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.- Conectar los motores y las baterías a la placa Picaxe. Poner en marcha el robot y comprobar el sentido de giro de los motores. En caso de giren hacia atrás, cambiar la polaridad.

.- Llegados a este punto el Robot rastreador ya está a punto para su uso.

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5.- SOFTWARE DE PROGRAMACIÓN El software de programación que se utilizará para programar, compilar y transferir es el diseñado por “Revolución Educación Ltd” es de uso libre (para uso exclusivo en educación). Para

instalarlo

basta

con

ejecutar el archivo: “Programming Editor.msi”, o bien introducir el CDROM y seguir las instrucciones. De

la

página

http://www.picaxe.com/Software/ podemos

descargar

de

manera

gratuita el PICAXE Programming Editor y el Logicator PICAXE. Antes de poder probar nuestro montaje deberemos realizar la configuración del software siguiendo los siguientes pasos: 1.

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Seleccionar el interface en idioma español.

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2.

Configurar el puerto de conexión.

3.

Seleccionar el tipo de microcontrador (en nuestro caso PICAXE- 08M2).

4. Conectaremos en cable de programación entre PC y Entrenador. 5. Escribiremos el código del programa de prueba y se lo enviaremos al microcontrolador.

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Ahora corresponde realizar la edición del código, compilación y programación. Para poder comunicar “nuestras intenciones” al microcontrolador debemos hacerlo siguiendo el siguiente protocolo: .- Edición del código del programa; se puede realizar de dos métodos diferentes: Mediante Diagramas de Flujo: es un método más sencillo pero bastante limitado en sus posibilidades de programación. No cabe la posibilidad de reutilizar parte de los Diagramas de Flujo en otros programas. Mediante código de alto nivel como BASIC. El sistema PICAXE utiliza código BASIC. La ventaja de este tipo de programación es su potencia de programación y la posibilidad de reutilizar parte del código de un programa en otro, dado que muchas rutinas son válidas para muchas aplicaciones. Una vez editado el código del programa, bien utilizando comandos o bien flujogramas, deberemos codificarlo al lenguaje que utilizan los microcontroladores, o sea “1” y “0”. La aplicación encargada de realizar esa transformación recibe el nombre de compilador. Por último deberemos enviar esa información a la memoria de programa del microcontrolador, el dispositivo encargado de realizar esa operación recibe el nombre de programador o loader. La ventaja del software y la “BIOS” que contienen los microcontroladores PIC del sistema PICAXE es que las operaciones anteriormente mencionadas las realizan la misma aplicación y de una forma sencilla sin tener que tener grandes conocimientos de ensamblador ni conocer y saber manejarlos diferentes dispositivos que permiten realizar la programación del PIC. 6. Vamos a empezar a realizar nuestras primeras programaciones y a comprobar su correcto funcionamiento con unos sencillos programas, se trata de encender y apagar diferentes led de forma intermitente conectados a la salida de nuestra placa. El programa lo realizaremos primeramente en código BASIC y posteriormente mediante Diagrama de Flujo.

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PRÁCTICA 1: ENCENDIDO Y APAGADO DEL PIN 5, OUT 2 EN BASIC.

Este programa encendería y apagaría un led conectado a la salida Nº 2 indefinidamente con un intervalo de 1 seg. Realiza este mismo ejercicio con el resto de los pines posibles. ¿Qué ocurre?

¿Has podido realizarlo con todos o sólo con los pines 3, 5, 6 y 7? ¿Por qué?

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PRÁCTICA 2: ENCENDIDO Y APAGADO DEL PIN 5, OUT 2 EN FLOWCHART. Los organigramas (también llamados flujogramas o diagramas de flujo) son una herramienta muy útil que permiten representar gráficamente (dibujar) los programas para hacerlos más fáciles de entender. El software Editor de Programación incluye un editor de organigramas que permite dibujar organigramas en la pantalla del ordenador. Estos organigramas se pueden convertir luego en código BASIC para descargarlos en el PICAXE. Los organigramas también pueden imprimirse y exportarse como figuras para incluirlos dentro de diagramas en la descripción de proyectos. Para realizar esta práctica pincha sobre el icono de Flowchart. Esta es la interface que presenta el Flowchart:

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Solución práctica 2:

*NOTA: El comando PAUSE esta en milisegudos mientras que el comando wait está en seg. PAUSE 1000 =WAIT 1.

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PRÁCTICA 3: S.O.S. PROGRAMADO EN BASIC Y EN FLOWCHART. Utilizando la salida 2 hay que hacer parpadear el Led de tal forma que emita la señal del código SOS (…---…) En Flowchart el programa sería el siguiente:

Para pasar el programa a BASIC

Resultado del programa S.O.S. en BASIC:

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PRÁCTICA 4: UTILIZACIÓN DEL PROGRAMA LOGICATOR FOR PICAXE. Hay otro programa más fácil de utilizar que es el Logicator for PIC and PICAXE. Este programa utiliza la lógica de los bloques para funcionar, cada bloque da una instrucción al chip sobre el que debe actuar y el chip ejecuta los bloques uno a uno, de forma ordenada, siguiendo la flecha que nosotros dibujamos. Los bloques rectangulares realizan operaciones internas dentro del chip. Los bloques romboides alteran el estado de las salidas del chip y los rombos leen entradas o valores y sacan una respuesta afirmativa o negativa, por tanto, tienen una entrada y dos salidas.

Antes de empezar a programar con Logicator for PIC and PICAXE recordemos lo siguiente:

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Núm. PIN

X

NOMBRE PICAXE

ENTRADA

1

V+

2

Serial In/ C.5

3

pin4/ C.4

4

pin3 ( Entrada)/ C.3

5

pin2 /C.2

6

pin1/ C.1

SENSOR IZQUIERDO

7

pin 0 (Salida)/ C.O

X

8

0V

SALIDA

MOTOR DERECHO SENSOR DERECHO

x MOTOR IZQUIERDO

(SERVOMOTOR)

Opción no disponible

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PRÁCTICA 5: ENCENDIDO/APAGADO MOTOR IZQUIERDO. La

intermitencia

con

el

motor

izquierdo se hace como en esta ilustración. Antes de poder escribir nada hay que ir a opciones e informar al programa que tenemos un chip PICAXE 8M2.

Para poner el HIGH, el LOW y el WAIT vamos al apartado COMMON de la parte derecha de la pantalla donde están las herramientas más comunes. El HIGH activa una salida, el LOW la para y el WAIT espera un tiempo que nosotros decidimos. Debemos poner los bloques unidos uno tras otro después del START y unir el último con el primero para hacer el bucle sin necesidad de cabeceras. Los valores numéricos de los bloques deben ponerse en la parte inferior izquierda de la pantalla. No hay que poner nombres a los pines. Podemos hacer las flechas con el lápiz que hay en la parte superior de la pantalla.

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PRÁCTICA 6: SIRENAS DE POLICIA. MOTORES IZQUIERDO/DERECHO. Ahora hay que hacer las sirenas de la policía con los motores derecho e izquierdo. A la hora de simular podemos seleccionar la opción SHOW del DIGITAL PANEL para ver el estado de las salidas en un esquema.

Lo que queremos es que el motor

derecho

esté

medio

segundo encendido y luego el motor izquierdo medio segundo más.

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PRÁCTICA 7: SIRENAS DE POLICIA. FUNCIÓN OUTPUTS. Con la herramienta OUTPUTS del MENÚ COMMON podemos activar y desactivar las salidas que queremos de un solo golpe poniendo un (1) a las que queremos activar, un (0) a las que queremos desactivar y un (-) a las que queremos dejar como estaban. Con sólo dos WAITS y dos OUTPINS podremos hacer las sirenas de la policía con los motores.

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PRÁCTICA 8: FUNCIÓN DECISION. Para poner en marcha el motor derecho cuando se activa el sensor derecho tenemos que poner la instrucción DECISION y una condición en el interior. En este caso que el pin3 must be on. A la salida YES y ponemos un OUTPUTS que active el motor derecho y el la salida NO un OUTPUTS que lo pare.

Recordar que siempre tenemos que volver a la START para que el programa continúe funcionando.

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PRÁCTICA 9: ACTIVACIÓN MOTORES. FUNCIÓN DECISION. Hacer un programa que active el motor derecho cuando el sensor derecho esté activado y lo mismo con el motor izquierdo. Para hacer esto hace falta la función OUTPUTS y DECISION, en concreto cuatro OUTPUTS ya que podemos encender los dos motores, encender el derecho y parar la izquierda, encender la izquierda y parar el derecho y parar los dos motores.

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PRÁCTICA 10: ESTUDIO DEL CONTROL DE UN PEQUEÑO ROBOT SEGUIDOR DE LÍNEA.

A continuación realizaremos el estudio de automatización y control de un pequeño robot seguidor, el cual debe seguir una línea negra sobre un fondo blanco. Este robot dispone de dos sensores (SIz) y (SD) y dos motores (MIz) y (MD), para realizar el control y el movimiento respectivamente.

Línea Negra

Motor Izquierdo

(MIz)

Fondo Blanco

Sensor Izquierdo

Sensor Derecho

(SIz)

(SD)

PICAXE 08M2

Motor Derecho

(MD)

Podemos explicar su funcionamiento teniendo en cuenta que la línea negra deberá encontrarse, en todo momento, entre los dos sensores, de forma que los dos capten la señal de la línea y así el robot pueda ir siguiendo o rectificando su trayectoria. A partir de aquí, se pueden dar las siguientes condiciones de captación de los sensores y funcionamiento de los motores:

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Caso A) Cuando detectan la línea los dos sensores, el robot debe seguir una trayectoria recta. Esto implica que tanto el motor derecho como el izquierdo deben girar de forma simultánea en sentido de avance. Caso B) Cuando la línea es detectada solamente por el sensor de la izquierda, lo que quiere decir que se ha desviado a la derecha, el robot debe girar hacia la izquierda, por lo tanto, el motor de la derecha es el que deberá de girar en sentido de avance y el de la izquierda se parará. Caso C) Cuando el único sensor que detecta es el derecho, lo cual quiere decir que se ha desviado a la izquierda, el robot deberá girar hacia la derecha, es decir, el motor izquierdo avanzará y el derecho se parará. Caso D) Cuando ninguno de los dos señores detecta línea, en cuyo caso el robot deberá seguir con la última orden dada hasta encontrar línea.

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PRÁCTICA 10.1: SEGUIDOR DE LINEA SIMPLE. Ahora habría que hacer un seguidor de línea simple con las mismas herramientas que hay en el ejercicio 9. Un seguidor de línea simple enciende los dos motores cuando los dos sensores detectan línea y en paralelo uno cuando un sensor deja de detectar línea hasta que este mismo sensor vuelve a detectar. Hay que tener en cuenta que el sensor da señal cuando ésta sobre superficies negras y no cuando ésta sobre la línea blanca, por lo tanto, nos da una señal invertida. Si los sensores no detectan línea el chip seguirá haciendo lo que hacía hasta ese momento hasta que vuelva a detectar. Podemos poner nombre a los bloques DECISIONS y OUTPUTS para entender mejor el programa.

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PRÁCTICA 11: SEGUIDOR DE LINEA (2) USO DE CABECERAS. También podemos hacer el mismo programa con las CABECERAS, para crear una cabecera vamos al apartado PROCEDURES y seleccionamos la herramienta PROCEDURE, ponemos un nombre a la cabecera y con la herramienta GOTO podemos acceder a la subrutina que queramos. Un programa para seguidor de línea con cabeceras es más grande que uno sin ellas pero si se hacen programas más grandes el programa se hace más fácil de entender.

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ACTIVIDAD 12: LECTURA DE UNA ENTRADA DIGITAL (BASIC Y DIAGRAMA DE FLUJO). El circuito impreso dispone de dos sensores CNY70 conectados a los PIN1 y PIN3. Este sensor dispone de un diodo de color azul que emite luz infrarroja y un fototransistor que la capta. Cuando el sensor está sobre una superficie blanca, la luz emitida rebota, la capta y pone 0 voltios a su correspondiente entrada del microcontrolador. (Ver el esquema de la placa). Se puede activar el sensor poniendo un dedo delante del sensor aproximadamente a medio centímetro. Por tanto a la hora de hacer la práctica que ahora se le propondrá es como si dispusierais de dos pulsadores pero con lógica negativa, es decir, que se comportan como dos pulsadores NC (normalmente cerrados, activados dan 0 y desactivados 1 lógico).

1. - La práctica consiste en hacer que se encienda el LED conectado a la salida PIN2, cuando se ponga el dedo delante del sensor "SIz" (sensor izquierdo), conectado a la entrada PIN1. Al quitar el dedo queremos que el LED se apague. 2. - Introduzca el siguiente programa escrito en BASIC y guárdelo como LECTURA DE ENTRADA DIGITAL BASIC:

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3. - Simula el programa y compruebe el funcionamiento.

4. - Modifique el programa para que el otro LED (pin4) se encienda cuando se active a 0 el sensor derecho SD (pin3). Simularlo y guárdelo como LECTURA DE ENTRADA DIGITAL BASIC V2. 5. - Hacer lo mismo pero con el entorno gráfico del diagrama de flujo. Simula el funcionamiento del programa y guárdelo como LECTURA DE ENTRADA DIGITAL FLUJO.

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PRÁCTICA 13: SEGUIDOR DE LINEA SIMPLE CON SIMBOLOS. (UTILIZANDO EL PROGRAMMING EDITOR). Cuando se realizan programas de control con múltiples entradas y salidas, a la hora de editar el programa, puede ser muy difícil de entender su funcionamiento si nos referimos a cada una de las entradas y salidas por su nombre original, es decir, inpu1, output 0, etc. Para hacer mucho más comprensible el programa y su seguimiento, es habitual dar un nombre más adecuado a las entradas y salidas, habitualmente relacionado con la función que éstas hacen. A este nuevo nombre se le llama símbolo. Así por ejemplo, el pin donde conectamos el sensor derecho, en vez de llamarle PIN1 o input 1, lo llamaremos SD. 1. Crear un nuevo archivo del tipo diagrama de flujo 2. Ve a organigrama a tabla de símbolos de organigrama y edita la tabla con lo de la figura.

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3.- Una vez editada la tabla de símbolos, realiza el siguiente diagrama de flujo.

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PRÁCTICA 14: CONTROL POR INFRAROJOS. En esta práctica vamos a controlar nuestro robot con un mando de TV Estándar de Sony y un receptor LED 020. El receptor LED020 tiene 3 patas (de izquierda a derecha 123) y la placa 08M2 tiene marcados para cada CNY70 (A-ánodo, K-cátodo, y una fecha que señala la referencia CNY70). El procedimiento consiste en quitar uno de los dos CNY70 (el del PIN1) y conectar el receptor de infrarrojos LED020 en el mismo zócalo tal como:

LED020 --->ZÓCALO 1 FLECHA 2 A 3 K

El protocolo de comunicación de infrarrojo de Sony trabaja en la frecuencia modulada de 38kHz y consiste en un bit de Start de 2,4 ms seguido de 12 bits de información (7 bits de datos y 5 bits de identificación de dispositivos). Para transmitir un 1 lógico envía un impulso de 1,2 ms y para enviar un 0 lógico envía un impulso de 0,6 ms. Cada bit está separado por un período de 0,6 ms. PICAXE tiene la limitación de que sólo permite recibir 128 códigos diferentes (7bits), es decir, del 0 al 127.

Para realizar esta práctica es necesario un mando a distancia, que puede ser el original de PICAXE o uno del tipo universal configurado previamente como Sony. Para configurar el mando: .- 1º Pulsar SET y TV1 a la vez (se activa el LED rojo). .- 2º Pulsar 0126

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.- 3º Finalmente pulsar TV1. Lo primero realizaremos un DEBUG para conocer los valores que envía el mando a distancia.

Haz el mismo programa con LOGICATOR.

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Una vez obtenidos los valores en b0 de los enviados por el mando hacemos un programa que al dar el botón de arriba el robot avance recto, botón derecha el robot va a la derecha, botón izquierda robot va a la izquierda y atrás o stop el robot para. El comando inc b0 hace que se incremente en una unidad el código recibido, ya que recibe un número menos del que se ha pulsado.

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PRACTICA 16: CONTROL DE SUBIDA-BAJADA DE UNA BARRERA CON UN SERVO. Un servomotor es un motorreductor que va acompañado de una pequeña placa electrónica que

permite

controlar

el

posicionamiento

de

su

eje

de

rotación.

Los servos disponen de un conector hembra con tres cables: .- el marrón (o negro) se conecta a masa GND. .- el rojo alimentación positiva + VCC (4,5-6V). .- y el naranja (o blanco) es la señal de CONTROL. Estos colores pueden variar según el fabricante del servo.

El control interno del motorreductor del servo es del tipo lazo cerrado.

La placa electrónica que incorpora el servo continuamente está comparando la consigna (valor deseado) con la posición real del eje que le da el potenciómetro. Si esta comparación es diferente, se produce una señal de error que se envía al bloque de activación del motor para que corrija el error de posición del eje.

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La señal de control que le debe dar el microcontrolador al servomotor consiste en pulsos de 4,5 a 6 voltios, de 0,75 ms a 2,25 ms de duración, que se repiten cada 20ms. Estos pequeños pulsos definen la posición del eje, que va de 0 º a 180 º.

Para calcular el pulso que se le enviará al servo para obtener un determinado ángulo de posicionamiento

de

su

eje,

se

utiliza

la

siguiente

fórmula:

t = 1 + (angle/180)

Donde t representa la anchura del pulso en ms y el ángulo se especifica en grados.

Para facilitar el control de los servos, los PICAXE disponen de una instrucción llamada SERVO. La sintaxis es la siguiente: servo pin, pulse Donde pin en nuestro caso de la placa PICAXE 08-M2 es el 0 y pulse el ancho de los pulsos (75-225). Ejemplo: si desea que el servo conectado a la salida 0 gire a la posición 60 º, entonces t = 1 + (60/180) = 1,33 ms y la instrucción para posicionar el servo sería: servo 0, 133. Realiza un programa para controlar un servo que controle una barrera que abra (a 90º) y cierre (a 0º) cada 3 seg. Solución:

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OTROS RASTREADORES:

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BIBLIOGRAFIA: www.picaxe.es www.picaxe.com https://sites.google.com/site/robolot/ http://humanoideimagina.weebly.com/

Gracias a Joan Pellicer y Toni Moreno de Equipo ROBOLOT

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