Control por puente H-PARTE II.doc

8/17/2019 Control por puente H-PARTE II.doc

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PARTE II: DISEÑO ELECTRÓNICOPor Enrique González García (KIKE)

Para el diseño electrónico, voy a partir de la base que sabeos lo que es unicrocontrolador, y al!una vez "eos traba#ado con PI$%s& 'apoco uc"o, sólo

las ideas ás básicas& En in puedes aprender las * de+iniciones que necesitassobre un icrocontrolador para se!uir este cybertaller -)

1) MICROCONTROLADOR 16F84 - EL CEREBRO

El icrocontrolador que vaos a usar será el ./01& Es la ar de sencillo, y paralas prieras e2periencias con icrocontroladores, es +enóeno3

4eaos el patilla#e de el icrocontrolador5

6e las 0 patillas de que disponeos, podeos ver 1 en la parte de arriba queepiezan por 78& 9e trata del puerto 8 del u$ (icrocontrolador)& 9on patillas quepodeos utilizar coo entradas o coo salidas& 8 las entradas, conectareossensores, que nos darán in+oración de lo que está sucediendo alrededor del robot&:as salidas, !obiernan los actuadores, en nuestro caso, otores& :os puertos de unPI$ se pueden con+i!urar coo entradas o coo salidas, cada patillaindependienteente& Para nuestro robot, usareos el puerto 8 coo salidas5control de los otores de corriente continua& :a patilla 781 tabi;n +ora parte delpuerto8, pero en nuestra aplicación no la vaos a usar&

:as patillas de aba#o, las que se llaan 7<, constituyen el puerto < del u$& :asvaos a con+i!urar coo entradas, es decir, a ellas vaos a conectar los sensoresque nos peritan se!uir una línea& Indicar que las entradas sólo pueden serdi!itales, es decir, leen un %% ló!ico (=4) o un %% ló!ico (4)&

8deás, quedan otras = patillas que no son puertos5

>$:75 Es la patilla de 7E9E'& >ientras esta patilla est; conectada a =4 ("ay un%% ló!ico en la patilla), el PI$ +uncionará noralente& $uando se pon!a a 4, elPI$ se 7E9E'E878, es decir, el pro!raa coienza desde cero (bueno, y otras

cosas ás&&& pero eso es lo principal)& $oo quereos que PI$ siepre +uncione, lovaos a poner directaente a =4, a trav;s de una resistencia de ba#o valor, que lo

mailto:[email protected]




?nico que "ace es liitar la corriente que lle!ue al PI$& 4eaos&& al!uien recuerdala ley de @"AA sí "obre5 4B7I& El volta#e es +i#o5=4 y la resistencia tabi;n,pondreos o", por lo que la intensidad será ás o enos de =8& 9i nopusi;seos la resistencia, podría pasar la corriente que +uera, pudiendo quear elu$ (5-9)&

4dd5 8lientación& 8 esta patilla debeos conectar los =4 para que +uncione&

4ss5 'ierra& Ca "ablareos ás tarde de las tierras&&&

@9$ y @9$D5 9on las patillas del oscilador& Para que el PI$ pueda +uncionar,necesita de un circuito de relo# que le arque los tiepos (coo un etrónoo en?sica, #e#e)& El +abricante especi+ica cóo deber ser este circuito& $onstabásicaente de un cristal de cuarzo, que es el que produce la oscilación& sareosuno de 1>"z& 'abi;n se eplean unos condensadores, para estabilizar la señal&

:a datas"eet del PI$./01 indica que la con+i!uración ás apropiada para su

onta#e es5

Para ás in+oración sobre el circuito de relo# de un icrocontrolador, pod;isvisitar esta pá!ina, que contiene prácticaente todo lo que se puede saber, biene2plicado&

4eaos cóo se conectan estas = patillas5

http://usuarios.lycos.es/sfriswolker/pic/cinco/cincocuatro.htm

http://usuarios.lycos.es/sfriswolker/pic/cinco/cincocuatro.htm



(perdón por la ala calidad&& espero "acer una ia!en con ás de+iniciónpronto)

2) LA ETAPA DE POTENCIA:

:a priera pre!unta es5 Fqu; es una etapa de potenciaA

:a respuesta inediata es5 n otor $8 se puede conectar directaente aun icrocontrolador& n otor absorbe uc"a corriente (noralente, los usados

en robots rastreadores, suelen consuir unos 18, =8&&& depende uc"odel taaño del otor)& na patilla de un PI$ puede dar en torno a los D=85uc"o enos que lo que pide un otor& 8sí que, el u$ se quea333 (o"3 5-o)&

Para poder !obernar otores con un PI$, debeos crear una etapa interedia,entre la electrónica de control, y los otores& 8 esta etapa se la llaa Hetapa depotenciaH&

@bserveos la si!uiente +i!ura5



9e trata de un otor de corriente continua, +lanqueado por cuatro interruptores,

que a su vez están conectados a =4 por un lado, y a tierra por el otro& Fu; ocurresi cerraos los interruptores 9 y 91, de#ando 9D y 9* abiertosAAA

Pues el lado izquierdo, el otor estará conectado a =4, y el lado derec"o a tierra(4)& :a di+erencia de potencial entre los bornes del otor es de =4 (=-B=), con loque el otor se pone a !irar en un sentido&

FC si abrios 9 y 91, cerrando 9D y 9*AA Pues a"ora al contrario5 el ladoderec"o está a =4 y el izquierdo a 4& 8"ora la di+erencia de potencial es -=4 (-=B-=)& Esto quiere decir que el otor !irará en el sentido contrario a coo !irabaantes&

9i este otor estuviera conectado a un icrobot, ya sabríaos cóo "acer que;ste andase "acia delate y "acia atrás& Pero&&& FFteneos que ir detrás de ;l todo eltiepo, para abrir y cerrar los interruptoresAAA o sería de !ran utilidad este;todo, si lo que quereos es un robot autónoo&

<ien, lo que se "ace entonces el colocar, en vez de interruptores, transistores&Penseos en un transistor coo un eleento de tres patillas& 6os de ellas+uncionan e2actaente coo un interruptor, si está cerrado pasa corriente, y si no,no pasa& :a tercera patilla es la que !obierna al interruptor5 si en esa patilla "ay un%% ló!ico, se cierra el interruptor que +oran las otras dos& 9i se pone un %% ló!ico,se abre el interruptor& <ueno, en verdad es al!o ás cople#o, pero ese es su+uncionaiento si pasaos de seiconductores y de electrones que !anan lasu+iciente ener!ía para saltar a la si!uiente capa, etc, etc&&&



Entonces, tendreos 1 transistores +lanqueando a un otor& :as patillas quecontrolan cada uno de los transistores, irán conectadas a nuestro PI$, y asípodreos controlar por so+tJare cuándo se abren y cierran& $ontrolaos por tantosi !iraos el otor en un sentido o en otro&

8 esta estructura se le llaa puente & $oo se puede ver en la +i!ura anterior,los interruptoresLtransistores, +lanquean al otor +orando una &

F$óo vaos a ipleentar un puente nosotros en nuestra tar#etaelectrónicaA Pues teneos dos opciones5

) @pción di+ícil5 $rear el puente , a partir de una serie de transistores, quedebeos ele!ir apropiadaente, diseñar una serie de resistencias, zener y otroseleentos para la correcta e2citación de los transistores, y rezar para que eso+uncione (y sin contar con la di+icultad de encontrar los transistores requeridos enlas tiendas de 4alladolid&&&)&

D) @pción +ácil5 tilizar un puente que ya se venda "ec"o& Me#e, qu; +ácil&&& yqu; barato, y qu; cóodo& Es la opción que vaos a eplear nosotros (que soosprincipiantes en esto de la icrobótica)&

:os puentes coerciales que usareos vienen en un circuito inte!rado, que sellaa :DN*&

Este c"ip lleva inte!rados dos puentes (un para cada otor, Oqu; bueno3)&9oporta 8 por cada puente & Esto es una cosa uy iportante5 el consuo delos otores, y lo que soporta el :DN*& $oo "eos dic"o, los otores pequeños delos icrobots, consuen unos =8, con lo que el :DN* va !enial porque soporta

"asta 8 por cada otor& 9in ebar!o, con otores ás !randes (coo pore#eplo los de un icrobot de suo), no se pueden eplear estos c"ips, porque sequean&

4eaos cóo es el patilla#e de estos c"ips, y para qu; sirve cada cosa5

:o priero que debeos tener en cuenta es que el c"ip tiene dos partescopletaente independientes (en la +i!ura, separadas por la línea ro#a punteada)&

$ada una de ellas, !obernará a un otor& Por lo tanto, e2plicada una parte, la otra,pues es i!ual&



4eaos la parte de la izquierda& En prier lu!ar, teneos las patillas señaladascon +lec"as naran#as& :a patilla 8 indicará el sentido de !iro del otor& 9i 8B,!irará en un sentido (se!?n coo "ayaos conectado el otor), y si 8B, puesen el sentido contrario& 8 la patilla D8 tiene que lle!ar #usto la inversa de 8& Estose puede "acer por so+tJare, o por "ardJare& Es ás se!uro "acerlo por "ardJare,"aciendo pasar a la señal 8 por un inversor&

o lo "areos por so+tJare, porque, si se diese el error de poner el iso valoren 8 que en D8, se cortocircuita alientación y tierra, con lo que, en el e#or delos casos, se nos !astan las pilas instantáneaente& :o noral es que con uncortocircuito se quee la electrónica& 9i el cortocircuito dura uc"o tiepo, sepuede quear el robot entero3333 Por eso lo "aceos e#or por "ardJare, que esás se!uro&

El inversor que colocaos es un circuito inte!rado& En este caso, usareos un1ls1 (seis inversores, con tri!!er sc"it")& :a verdad es que los +abricantesestán de#ando de "acer este odelo, y sustituy;ndolo por uno nuevo sin ploo,ás ecoló!ico& El 1 y el 1 perdurarán siepre, lo que puede cabiar son el restode las letras& El inte!rado tiene el si!uiente patilla#e5

Es uy sencillo, si por la patilla introduzco un valor (%% ó %%), por la patilla D

sale el contrario& :a patilla es de alientación, y la 1 tierra&

4olvaos a la +i!ura del :DN*5





:as patillas azules, son las salidas "acia los otores& 8 esas patillas deben irconectados directaente los bornes del otor&

:a patilla ,DE es una entrada de "abilitación del c"ip& Esto quiere decir que si,DE es un %%, el c"ip +uncionará coo se "a indicado "asta a"ora& 9i ,DE +uese

%%, el otor se para, independienteente del valor que ten!an las patillas 8 y D8(el c"ip está des"abilitado)&

1,2EN 1A 2A Motor

Parado Parado

Gira en un

sentido

Gira en el

otrosentido

:a otra parte +unciona i!ual, teniendo en cuenta que a"ora la señal de"abilitación está aba#o, en vez de arriba&&&

'eneos que tener en cuenta un pequeño detalle con las alientaciones del:DN*& 4eos que "ay . patillas5 4cc, 4ccD y cuatro de G6 (tierra)& :as de G6,es +ácil5 van todas unidas& 4cc5 Es la alientación de la electrónica, coo en elcaso de los otros inte!rados& 9e conecta a =4, y ya está& 9in ebar!o, 4ccD es laalientación de los otores& Este esquea induce a equívocos, porque esta tensiónes tabi;n de =4& En otros casos, puede ser ayor5 .4, N4, D4&&& El cable quelleveos a esta patilla, va a ir directaente desde el conector de las pilas, paraevitar que circule uc"a corriente por otros eleentos de la placa&

asta a"ora, "eos visto coo !irar el otor "acia un lado, coo !irarlo "aciael otro, y cóo antenerlo parado& Pero siepre con el otor +uncionando alQ& Pero nosotros quereos controlar la velocidad33 uereos que en una rectavaya ás rápido, y en un curva, ás lento& F$óo conse!uir estoAA $on la t;cnicadenoinada PR> (>odulación del 8nc"o de Pulso)&

Para "acernos a una idea de lo que es el PR>, vaos a pensar en una bobilla&Co la puedo tener encendida, o apa!ada&&& no "ay edias luces& Pero Fqu; pasa siyo la apa!o y la enciendo uy rápido, uy rápidoA Parece coo si "ubiera la itadde luz& 9in ebar!o a bobilla está o encendida o apa!ada& :o iso ocurre conlos otores&

/i#;onos en la si!uiente +i!ura5



En el prier caso, el de ás arriba, se uestra el valor de la patilla ,DE&$uando ,DEB%%, el otor !ira& 9i ,DEB%%, el otor está parado& En este

prier caso, está encendido poco tiepo, y parado ás tiepo& 9i nos ia!inaosun coc"e que está encendido un poco, y parado ás rato, pensareos que el coc"eva Ha tironesH& 9in ebar!o, si auentaos la +recuencia con la que cabiaos deencendido a apa!ado&&& es decir, si cada vez "aceos ese cabio ás rápido&&&:le!a un oento en que el coc"e va despacio, pero no se notan los tirones333eos conse!uido controlar la velocidad del coc"e33

En la priera línea de la +i!ura, el otor está encendido un Q del tiepo, conlo que el otor !irará al Q& En la se!unda, el pulso activo del otor dura el=Q, lue!o ireos a la itad de velocidad que el otor puede dar& En el tercercaso, el otor va al NQ& FEntendido cóo re!ulaos la velocidadA <ien&

3) CIRCITO ELECTRÓNICO COMPLETO:

4eaos a"ora el esquea copleto de la electrónica del robot5



e puesto una ia!en tan !rande, para que la ipriáis, y traba#;is e#or conello en papel, porque sino, no os vais a enterar de nada&

4aos a +i#arnos priero en los circuitos au2iliares del PI$5 están conectadasalientación y tierra, en sus patillas respectivas& El 7E9E' del PI$, tabi;n unido aalientación ediante una resistencia& C el circuito del relo#, con el cristal y loscondensadores&

8"ora veaos el puerto 8 del PI$5



78 - Está conectada directaente a la patilla ,DE del :DN*& Por tanto, en estapatilla vaos a pro!raar la velocidad del otor &

78 - Está conectada a *,1E del :DN*, con lo que controla la velocidad delotor D&

78D - 4a, por una parte, directa a la patilla sentido del :DN*& :a isa patilladice para qu; sirve 78D& $oo di#ios, en ese iso puente tiene que ir laisa señal, pero ne!ada& Por eso, la señal que sale de 78D, pasa por el inversor,lle!ando a %sentido ne!ada% del :DN*& Es ás +ácil verlo en la ia!en, quee2pllicarlo con palabras333

78* - Id;ntico que 78D, pero para el otro otor&

4eos cóo con el puerto 8 controlaos per+ectaente los otores333 <IE3

En las patillas del :DN* que van al otor, "e puesto un conector, para poderconectar o desconectar +ísicaente los otores, cuando queraos (para eso sonlos espadines que poníaos al "acer el cable de los otores3)&

El conector que aparece #usto deba#o del PI$, es para la alientación de lossensores& >ás aba#o se e2plica cóo llevar esta alientación&

8 la derec"a se ve un conector con un :E6& 9e trata del conector de laalientación, donde irán las pilas conectadas& :a resistencia del :E6, se pone paraliitar la corriente que circule a trav;s de ;ste, y así, no quearlo&

4) SENSORES CN!"#

8"ora vaos a ver cóo conectaos los sensores, ya que se!?n lo que ellosarquen, indicareos a los otores que !iren ás o enos, o "acia un lado, o"acia el otro& Esto lo vaos a "acer en el puerto <&

4aos a e2plicar cóo +uncionan los sensores que vaos a utilizar, y asísabreos e#or cóo conectarlos& Estos sensores son los $C& <asan su+uncionaiento en la re+le2ión de la luz&

En la parte de la izquierda, veos el aspecto e2terior de un $C (ne!ro,cuadradito&&& uy ono)& En la parte de la derec"a, el iso $C, pero vistodesde arriba& 8 la derec"a está la HarSin! areaH, que son las letras que tienepintadas el sensor en un lateral& Podeos distin!uir en esa posición, dos circulitos5uno azul y otro ne!ro&



El circulito azul corresponde a un :E6 in+rarro#o& 9ipleente, eite luz& Esa essu isión&

El circulito ne!ro es un +ototransistor& 6etecta la luz in+rarro#a que le lle!a, ydevuelve por la patilla superior una tensión (analó!ica) proporcional a la luz que le

está lle!ando&

F$óo usar esto para se!uir una líneaA <ien, la línea suele ser ne!ra, y estarsobre un +ondo blanco& Pondreos un sensor cerca de la pista& El :E6 eitirá luzconstanteente& 9i estaos sobre una super+icie ne!ra, la luz no se re+le#aráuc"o, ya que todos sabeos que el color ne!ro HabsorbeH& $oo no le lle!a luz al+oto transistor, la señal eitida será uy pequeña (di!aos que ,=4 o así)& 9iestaos sobre blanco, coo ;ste re+le#a uc"o la luz, le!ará !ran luinosidad al+ototransistor, con lo que ;ste dará una señal ás !rande (di!aos que 1,=4)&

8sí que, si estaos sobre ne!ro, el sensor nos da ba#a tensión, y si estaossobre blanco, pues la tensión es alta& Ia!inad que teneos dos sensores para

se!uir una línea& El robot va recto con un sensor a cada lado de la línea& 9i elsensor de la derec"a toca en ne!ro (el sensor ba#a uc"o la tensión) pues deciosal robot que !ire un poco a la derec"a& Tde con el de la izquierda&

C8 'EE>@9 8 E9'7@ 7@<@' 9IGIE6@ :TE89333 <ueno, terineos de"acer la electrónica&&& que todavía el robot no tiene HcerebroH&

6i#ios que el PI$ sólo tenía entradas di!itales (sólo aditen %%, ó %%), peronuestro sensor devuelve una tensión analó!ica Fqu; "aceosA& Pues ya se encar!ade eso el PI$& 9i le lle!a una tensión superior a D,=4, el PI$ lo interpreta coo un%%& 9i le lle!a una tensión enor de ,=4, lo interpreta coo un %%& En el ran!o quequeda entre edias, no se sabe& nas veces lo puede detectar coo %% y otras

coo %%& Por eso los rastreadores tienen líneas ne!ras sobre +ondo blanco, paraque ten!aos señales cercanas a 4, o cercanas a =4&&&

Pero, un sensor no se puede conectar así directaente al PI$& 'eneos 1patillas, y al!una cosa ás que "ay que conectar& Priero el :E65 para que iluine,debeos poner el e2treo positivo a alientación, y el ne!ativo a tierra& $oosucedía con la cone2ión del 7E9E', pondreos una resistencia pequeña para liitarla corriente que circula por el :E6, y así, evitar que se quee& Esta resistencia seráde *o"nios&

El +ototransistor, se va a conectar por un lado a alientación, y por el otro lado alPI$5



@curre que conectando el sensor directaente al PI$, la señal obtenida no esbuena, así que se debe poner un resistencia de 1,K a tierra (se llaan de pull-doJn)5

/inalente, decir que debeos tener en cuenta que en estas +i!uras estaosirando al sensor desde arriba, pero cuando se sueldan o colocan en una placa,!eneralente estaos irando desde aba#o, con lo que las cosas quedaninvertidas& O'ened uc"o o#o3

$) COLOCACIÓN DE LOS SENSORES

8"ora teneos que colocar los sensores en la plata+ora in+erior del robot que"eos construido&

En principio, cada uno puede colocarlos coo crea conveniente, pero estáe2perientado que una distribución circular es la que e#or +unciona& En lasi!uiente +i!ura se puede ver cóo "e colocado yo los sensores& :a distribución a loanc"o es estrat;!ica, para que cai!an los sensores sobre las líneas (tener en cuentalas arcas de las intersecciones)&



Podeos ver cóo se "an ontado los sensores sobre una placa de HtoposH, delas que están a!u#ereadas, para poder soldar coponentes&

En la +i!ura superior se puede apreciar tabi;n una pare#a de conectores de busde líneas& 9e trata de un ac"o y un "ebra5 el ac"o es el que va soldado ala placa, y el "ebra el que va unido al cable& Este tipo de conectores es uy (uyuy) venta#oso& Priero, porque la +ora de cone2ión es ?nica, no es posiblecon+undirse, y conectarlo al rev;s& En se!undo lu!ar, porque para poner el conectoral cable, sipleente "ay que apretar33

En la ia!en que se uestra a continuación podeos ver cóo se "a "ec"o elcable que lleva las señales de los sensores "asta la electrónica, que está en la partesuperior del robot5



En uno de los e2treos se "an puesto espadines en vez de conector de bus& Estoes porque así lue!o será ás +ácil "acer las pistas en la placa de electrónica& oobstante, si esto no os supone un problea, se puede poner conector de bus&(<ueno, en las tiendas se pide coo cable plano de vías, pero se!uro quenosotros nos entendeos e#or diciendo %bus%)&

6) MONTA%E DE LA PLACA DE LA ELECTRÓNICA

:a verdad es que a"ora no ten!o iá!enes de cóo ontar la electrónica paso apaso, así que voy a dar unas nociones, y lue!o, que cada uno se apañe, "asta quelas ten!a&

:o priero que debeos plantearnos es dónde ontar la electrónica5 en unaplaca de topos, o "acer un placa de circuito ipreso& :a verdad es que la se!undaopción no está al alcance de todo el undo, así que e centrar; en la priera&(<ueno, coo "eos adquirido en la asociación una insoladora, añadir; un día el+otolito e instrucciones para crear una placa de circuito ipreso)&

En cualquiera de los dos casos, tener en cuenta que los inte!rados no se puedensoldar directaente a la placa, ya que pueden quearse con el calor del soldador&Para evitar que se tuesten, se pone un zócalo, que sí se suelda, y en ;l se pinc"aráás tarde el inte!rado&

:o priero, será colocar los coponentes y soldarlos& Para unir los puntos de uncoponente a otro, lo ás cóodo es Htirar pistasH de estaño& 9iepre y cuandosea posible& $uando dos pistas ten!an que cruzarse por narices, y no se puedantirar esas pistas, se deben "acer puentes& <ien por la parte de arriba de la placa, obien por deba#o& Estos puentes se "acen con un cable, uniendo directaente losdos puntos de nuestro inter;s&

E2iste un cable que no es de pelos, sino que es un alabre ?nico, y es uycóodo para "acer estos puentes& 9e denoina cable para placas de prototipos, yes de la casa 8riston& os es uy caro (para lo que da de sí&&&)&

8 continuación, una tabla, con todos los ateriales que necesitaos& En breve,incluir; los precios (orientativos) de cada una de las partes&

Inte!rados5

:DN*6 (o#o, es iportante que sea 6, sino, "ay que añadir unos diodos)

PI$./01 1:91 zócalo de 1 patillas, otro de . y otro de 0 (uno por cada inte!rado)

$onectores5

tira de pines cuadrados "ebra tira de pines cuadrados ac"o conector "ebra de cable plano de vías conector ac"o de cable plano de vías (con aletas) clea de dos contactos (para la alientación)

@tros eleentos5



D 7edes de resistencias de 1 resistencias de 1,K 7esistencia de o" 7esistencia de .0o"D $ondensadores ceráicos de DDp/ $ristal de cuarzo de 1>"z

$able plano de vías (con D=c os vale, pero no lo venden ás que poretros&&&)

Estaño para soldar5 si decís que es para soldar circuitos electrónicos, ya te dan ellosel estaño apropiado& o obstante, el que se usa es de de !rosor, por siacaso&&&

n par de cosas para terinar5

) 9iepre es bueno tener un políetro cuando se onta un circuito,especialente para coprobar los cortocircuitos& Ir coprobando las cone2iones

se!?n se onten las cosas, para detectar cuanto antes un +allo

D) :os cables conducen la electricidad5 pero tabi;n el calor333 'en cuidad cuadoco#as los cables para soldarlos&&& -)

Espero poder apliar las cosas que +altan en breve& >ientras, ten;is tarea33 9isur!e cualquier cosa, e andáis un ail, y si veis que "ay al!o que no escorrecto, pues lo iso&

ATOR 5 Enrique González García (KIKE)

9e perite la libre distribución de todos los contenidos de este H$ybertallerH, aunque si se pone en otras Jebs,debe citarse a JJJ&eis&uva&esLauva coo la procedencia de los isos&


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