• Author / Uploaded
• Mag Bautista

• Categories
• Transistor
• Diodo emisor de luz
• Resistor
• Componentes
• Electromagnetismo

Citation preview

UN CARRITO SEGUIDOR DE LINEA SENCILLO Este es el avance de un muy simple seguidor de líneas basado en un fototransistor y un diodo emisor infrarrojo o en el conocido opto acoplador CNY70 como sensores de reflejo de luz -Se

necesitan

dos

pares

led-fototransistor

-Dos comparadores de los 4 que se encuentran en el chip del LM339 quad-comparator ( también

podemos

usar

el

dual

comparator

LM358)

-4 potenciómetros , 2 para el nivel de comparación de blanco en el sensor de luz y dos para el pull up del comparador para bajar la corriente del transistor y por tanto bajar la velocidad de los motorcitos ( en el caso de usar el LM339) , se pueden reemplazar por una resistencia fija cuando se consigue la calibración deseada. El circuito mostrado funciona con 3 voltios por tanto los motorcitos de carritos de juguetes que funcionan con 2 pilas se pueden fácilmente usar en este simple proyecto; sin embargo subiendo las resistencias del led y la resistencia de colector del fototransitor puede adaptarse para 6V, 9V o 12 voltios según los motores que se disponga.

D1/Q1 y D2/Q3 son el par emisor IR y fototransistor. También puede ser el CNY70 que es más fácil para implementar. Los potenciómetros R1 y R10 ajustan el nivel de voltaje que determina cuando el sensor está encima de la línea blanca, se debe ajustar cuidadosamente. Los potenciómetros R5 y R6 determinan el pull-up del comparador, solo para el caso de usar el LM339 y por tanto al controlar la corriente determinan la velocidad de los motorcitos. Q2 y Q4 son transistores de mediana potencia como el 2N222 de uso general o el 2N3553 o equivalente del tipo NPN capaz de manejar la corriente que demanda el motor. USAR TIP41 Los motorcitos pueden ser tomados de carritos de juguete que funcionen a 3 voltios. Faltan dos diodos que van en inversa en paralelo con cada motor al igual como se hace con los relays para proteger de la contracorriente que se forma al desconectar una carga inductiva. El detalle de la protección de los diodos para los picos inversos de desconexión se da aquí:

Sobre los comparadores LM339 es importante remarcar que las salidas de los comparadores del LM339 son del tipo open colector (colector abierto), por lo tanto siempre deberá colocarse una resistencia "pull up" a +VCC (en este caso es regulada por

el potenciómetro). La elección de esa resistencia depende de la carga que se desea alimentar, pero se ha de tener en cuenta que cuando la salida pasa a cero esa corriente que antes la carga pedía cuando la salida estaba en uno, ahora debe absorberla el LM339 y por hojas de datos (current sink = corriente de sumidero) esta no debe superar 16 mA tratemos de ajustarla 10 mA como corriente de base del transistor. Los comparadores tienen una etapa de salida de colector abierto, lo que permite suministros de alimentación por separado para las partes analógica y digital, es decir podemos mantener la parte de 3 voltios para el circuito y alimentar solo el motor con 6 voltios o más si fuera necesario. Uno de los sensores más usados debido a que viene encapsulado , es decir led IR y fototransistor en un solo envase y muy próximos es el CNY70 un optoacoplador reflexivo , en el dispositivo vienen solo el led y el fototransistor con el objeto de poder añadir externamente sus resistencias de led y de colector respectivas de acuerdo a la alimentación que usaremos, si no tenemos este optoacoplador igual podemos usar un led separado del fototransistor que consigamos, como las corrientes a manejar son pequeñas los valores no son críticos mientras no se excedan los 20 mA para el led y un mínimo de 1k ( 5k por seguridad ) para el resistor de colector del fototransistor , sin embargo a mayor resistencia de emisor se consigue mayor ganancia , de como es sensado el piso se muestra en la figura:

Teniendo ya los sensores de línea debemos digitalizar esa salida que es análoga de acuerdo al reflejo del piso, la forma más sencilla es usar comparadores para obtener una salida digital que determine un "blanco" o un "negro”.

En estos esquemas se explicará el funcionamiento para el comparador 358 en caso de que no se consiga el LM339 que es "open colector". Como regla general y debido a que los voltajes están referidos a tierra observemos que el comparador tiene dos entradas: una + y otra -, la regla práctica fuera de fórmulas es muy sencilla: Cuando el voltaje en el terminal + es mayor que el voltaje en el terminal - la salida del comparador es ALTA (se enciende el led), si allí ponemos la resistencia de base del transistor este se activa y el motor colocado en su colector GIRA. Cuando el voltaje en el terminal + es MENOR que el voltaje en el terminal - la salida del comparador en BAJA, si está conectada a la resistencia de base del transistor, el motor colectado en su colector NO GIRA. De esta manera podemos detectar si los sensores están sobre una línea blanca o una línea negra, de acuerdo al diseño que escogemos, en un caso cuando los dos sensores estén en zona blanca (con la línea negra entre ellos) el carrito avanza de frente, en una curva a la derecha el sensor izquierdo ve "blanco" pero el sensor de la derecha ve "negro”, se debe detener la rueda derecha consiguiendo el giro hacia la derecha. De modo inverso cuando los dos sensores estén en zona negra (con la línea blanca entre ellos) el carrito avanza de frente, en una curva a la derecha el sensor de la izquierda sigue viendo "negro" pero el sensor derecho ve "blanco”, se debe detener la rueda derecha consiguiendo el giro hacia la derecha. Esto lo explicamos en los siguientes diagramas:

Ahora observemos el caso opuesto:

Un circuito en el cual usamos el opam LM358 como comparador simple para controlar un motorcito simple de 6 voltios de poca corriente es el siguiente:

Como sabemos son dos circuitos iguales uno para cada motor (derecho e izquierdo) como se explicó, cuando los dos sensores "ven" zona blanca (con una linea negra entre ellos ) los dos motores funcionarán y el carrito avanza en línea recta , en una curva , por ejemplo a la derecha el primero en ver "negro" es el sensor de la derecha y debe detener a la rueda derecha para hacer que el carrito gire hacia ese lado. Como vemos el sensor

derecho controla la rueda derecha y el sensor izquierda controla la rueda izquierda. Sin embargo en varios ejemplos que encontramos en internet los motores van "cruzados" esto se hace solo cuando los dos sensores van DENTRO de la línea. En caso de usar el comparador LM339 se debe considerar que su salida es a colector abierto por lo que necesita una resistencia de elevación de voltaje llamada "pull up" su funcionamiento lo explico en el siguiente diagrama:

Antes de insertar en el circuito los comparadores a usar debemos probar su correcto funcionamiento en el Protoboard así estaremos seguros que una posible falla no se debe a ellos , el diagrama siguiente nos dará un método simple que sirve para testear cualquier opam configurado como comparador aún sea a colector abierto como en el caso del LM339 , podemos probar los 741 , 311 , 324 ,339 , 358 ,etc siempre y cuando conectemos los pines correctos para cada comparador esto lo encontramos en el datasheet del integrado . En este caso el ejemplo está basado en uno de los 4 comparadores que trae el LM339.

Vamos a probar una de las dos partes simétricas del conjunto usando el LM339, en el circuito original se ha cambiado la resistencia de colector del fototransistor por una de 22k, el circuito es el siguiente:

El sensor ( CNY70 ) detecta sin problemas la zona blanca y negra, el led está conectado como en la forma de prueba del diagrama publicado más arriba, el led infrarrojo del detector está con una resistencia de 100 ohmios para 3 voltios de alimentación y la resistencia de colector si se subió a 22 kohmios para aumentar la ganancia , a pesar de tener una lámpara muy cerca la luz exterior no influye mucho al hacer la detección ,

cuando está en zona blanca el led está apagado porque la salida del 339 se vá a alta , cuando el sensor está sobre zona negra la pata 4 del 339 es mayor ( se va a 3 voltios ) que la pata 5 y por tanto la salida del opam es baja y se enciende el led

Es importante conocer bien el CNY70 antes de soldarlo o conectarlo al protoboard, sus pines están tan juntos que no se pueden insertar en el protoboard porque los caminos de este están unidos y haríamos corto para testearlo, es mejor soldarlo en una plaquita externa cuidando que los puntos de soldadura no unan los pines, el diagrama es el siguiente y es bueno tenerlo en cuenta para no cometer errores, la luz infrarroja no es visible pero la cámara fotográfica o de video si la detecta:

Finalmente añadimos la parte de control de potencia, en este caso un transistor de uso general y de mediana potencia: el conocido 2N2222 , en este caso le pusimos una resistencia de 270 ohmios como resistencia de base fija (sin potenciómetro)