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UNIVERSIDAD
DEL VALLE
FACULTAD DE INFORMATICA Y ELECTRONICA
CARRERA DE INGENIERÍA TELECOMUNICACIONES
PROYECTO
TALLER ELECTRONICO I
Robot
seguidor de Luz
POSTULANTE: Vanessa Valeria Gutiérrez Donaire
Docente: Ing. José Núñez de
Arco
GESTION
1/2015
Agradecimiento
a mi familia por su condicional apoyo y
al
Ingeniero
José Núñez de Arco por su paciencia
Dedico
este proyecto al amor de mi vida mi hermano Mauricio Donaire
Contenido
1
Generalidades
1.1 Antecedentes
1.1.1
Definición
Un
robot seguidor de luz se tiene la tarea de encontrar la luz y seguirla lo más
rápido posible. Este funciona a través de LDR’s (componente electrónico cuya
resistencia varía en función de la luz) los cuales detectan luz variando su
resistencia.
1.1.2
Proyectos
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1.1.2.1 Detector
de luz
Ilustración
1
·
Materiales:
o LED
o Fotoresistencia
o Transistor
2N-2222A
o Resistencias
de 1K, 100K y 500 ohmios
o Fuente
entre 5 - 12 Vdc
o Protoboard
o y
alambres para conectar.
1.1.2.2 Robot
seguidor de luz
Ilustración
2
Materiales:
·
(2) LDR o fotoresistencias
·
(2) resistencias 100K ohmios a
1/4 de Vatio
·
(4) resistencias 1K ohmios a
1/4 de Vatio
·
(4) transistores 2N 2222A
·
(2) LED rojos
·
(2) MOTOREDUCTORES Voltaje 3 – 12 Vdc Velocidad : 200 RPM Carga : 1Kg
·
(2) llantas que se acoplen al
motoreductor
·
Bateria 9 V
·
conector para bateria de 9V
·
Protoboard
·
Alambres para conexiones en el
Protoboard.
1.1.3
Tipos
de detectores de luz
1.1.3.1 Fotoresistencias
El
LDR (Light Dependent Resistor) o resistencia dependiente de la luz o también
fotocélula, varía su resistencia en función de la luz que incide sobre su
superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz que incide en la
superficie del LDR menor será su resistencia y cuanto menos luz incida mayor
será su resistencia. (Electrónica-electronics, n.d.)
1.1.3.2 Fototransistores
Un
fototransistor es un transistor que puede trabajar de diferentes una de ellas
es:
-
Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento aumenta de
corriente de base.
El
circuito equivalente de un fototransistor, es un transistor común con un
fotodiodo conectado entre la base y el colector, con el cátodo del fotodiodo
conectado al colector del transistor y el ánodo a la base.
Como
el fotodiodo, tiene un tiempo de respuesta muy corto, solo que su entrega de
corriente eléctrica es mucho mayor.
Ilustración
3
1.2 Planteamiento
del problema
Bolivia
cuenta con la tecnología suficiente para crear este tipo de proyecto, pero aún
así no se realiza porque no se ve completamente lucrativo. Las fuerzas armadas
de Bolivia no están acostumbradas a
trabajar con un equipo similar a este, ya que un robot seguidor de luz puede
ser implementado de diversas formas militares, un ejemplo seria el rescate de
individuos dentro de una mina. Los recursos militares de Bolivia no cuentan con
un fondo para desarrollar este tipo proyectos, y tampoco puede ser comprada ya
que las empresas bolivianas teniendo la tecnología suficiente no lo realizan, por
otra parte es más económico realizarlo
que comprarlo. Es por esto que este diseño puede ser de gran ayuda no solo
militar si no que como conocimiento del estudiante sobre la tecnología robótica
y también como una motivación al desarrollo tecnológico en Bolivia.
1.3 Objetivos
1.3.1
Objetivo
General
Diseñar
un robot seguidor de luz en forma de auto a través de LDR’s, resistencias,
motores y transistores.
1.3.2
Objetivo
especifico
·
Diseñar circuito de sensor de
luz
·
Diseñar circuito de activación
de motores
·
Seleccionar motores.
·
Implementar el robot seguidor
de luz
1.4
Justificación
El
diseño de este robot seguidor de luz se basa en los conocimientos anteriormente
indicados en clases de Electrónica Básica, medidas electrónicas, etc. A partir
de estos conocimientos de procederá al diseño e implementación de esta fuente
de alimentación.
1.5
Límites y alcances
1.5.1
Limites
·
El presente proyecto no subirá
superficies inclinadas.
·
El circuito será diseñado para
un voltaje de 9Vdc.
·
El presente circuito podrá
girar hasta 360 grados.
1.5.2 Alcances
·
El circuito será implementado
en placa
·
El circuito del robot seguidor
de luz y tendrá un alcance de luz de medio metro.
2
Marco Teórico
2.1
Robot
Un
robot es una entidad virtual o mecánica artificial. En práctica, esto es un
sistema electro-mecánico (combina partes eléctricas y mecánicas para conformar
su mecanismo) que por su apariencia o
sus movimientos, ofrece la sensación de tener un propósito.
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. (IDL, 2015)
Los
robots, en la actualidad, se utilizan en el ámbito industrial (para montar
piezas de diversos mecanismos, desplazar grandes pesos y otras tareas), en la
medicina (para operar en lugares de difícil acceso) y en el campo militar (para
reducir las bajas humanas), entre otros sectores. (Definicion.com, 2009)
Se
suelen distinguir tres generaciones en el desarrollo de la industria robótica:
Primera generación:
los robots primitivos tenían capacidad para almacenar trayectorias de
movimiento descritas punto a punto. Esta primera generación de robots era
programable y de tipo brazo manipulador. Sólo podían memorizar movimientos
repetitivos, asistidos por sensores internos que les ayudaban a moverse con
precisión.
Segunda generación.
La segunda generación de robots entra en escena a finales de los años 70. Estos
robots cuentan con sensores externos (tacto y visión por lo general) que dan al
robot información (realimentación) limitada del mundo exterior. Pueden hacer
elecciones limitadas o tomar decisiones y reaccionar ante el entorno de
trabajo; se les conoce por ello como robots adaptativos.
Tercera Generación:
La tercera generación está surgiendo en estos años, emplean la inteligencia
artificial (IA) y hacen uso de los ordenadores más avanzados. Estos ordenadores
no sólo trabajan con datos, sino que también lo hacen con los propios
programas, realizan razonamientos lógicos y aprenden. La IA permite a los
ordenadores resolver problemas inteligentemente e interpretar información
compleja procedente de avanzados sensores. (Michael Brady and Richard Paul, n.d.)
2.1.1 Robot móvil
Los
robots móviles están provistos de un sistema de automoción, ruedas, orugas o
patas, que les permiten desplazarse de un sitio a otro. (robotica, n.d.)
Estos
tipos de robots pueden ser guiados a una serie de lugares preestablecidos y
almacenar las impresiones sensoriales que se reciben en cada uno de ellos, así
como las direcciones de desplazamiento posterior hacia los siguientes puntos
importantes. (Esteve, n.d.)
2.2
Sensor de luz
Un
sensor de luz es un dispositivo electrónico que responde al cambio en la intensidad
de la luz.
Los
sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de
salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz
incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal
eléctrica.
2.3
LDR
Su
nombre proviene del inglés light-Dependent resistor, resistencia dependiente de
la luz. También denominan Fotoresistencias.
Los
LDR son componentes electrónicos que se utilizan como sensores de luz. Es
fabricado con materiales de estructura cristalina, y utiliza sus propiedades
fotoconductoras, los cristales utilizados más comunes son: sulfuro de cadmio y
seleniuro de cadmio.
El
LDR no es apto en algunas aplicaciones, concretamente en aquellas que necesitan
de mucha exactitud en cuanto a tiempo para cambiar de y a exactitud de los
valores de la fotorresistencia al estar en los mismos estados anteriores. (neoteo, 2013)
2.4
Resistencias
La
resistencia es la oposición a la acción de una fuerza. En los circuitos eléctricos la resistencia entonces se
definiría como
toda oposición que encuentra la corriente a su paso por un circuito eléctrico
cerrado, atenuando o frenando el libre flujo de circulación de las cargas
eléctricas o electrones. Cualquier dispositivo o consumidor conectado a un
circuito eléctrico representa en sí una carga, resistencia u obstáculo para la
circulación de la corriente eléctrica. (AF, 2015) .
Ilustración
4
Un resistor
o también llamado resistencia, es un dispositivo que se opone al flujo de la
corriente eléctrica. Son muy utilizados en los dispositivos electrónicos y se
pueden identificar fácilmente puesto que vienen con franjas de colores que
determinan su valor.
Las unidades de medida de las resistencias son los ohms y se representan por la letra griega Omega (Ω), mientras más grande sea su valor más resistencia hay al flujo de electrones, el valor de las resistencias va, de los ohms, los kilo ohms (mil ohms) hasta los Mega ohms (millón de ohms).(MICKROG, 2015)
Las unidades de medida de las resistencias son los ohms y se representan por la letra griega Omega (Ω), mientras más grande sea su valor más resistencia hay al flujo de electrones, el valor de las resistencias va, de los ohms, los kilo ohms (mil ohms) hasta los Mega ohms (millón de ohms).
Ilustración
5
Las
resistencias eléctricas vienen con cintas de colores que permiten
determinar su valor de resistividad. (MECATRONICA,
s.f.)
Ilustración
6
2.5
Transistores
El
transistor, inventado en 1951, es el componente electrónico estrella, pues
inició una auténtica revolución en la electrónica que ha superado cualquier
previsión inicial. También se llama Transistor Bipolar o Transistor
Electrónico.
El
Transistor es un componente electrónico formado por materiales semiconductores,
de uso muy habitual, pues lo encontramos presente en cualquiera de los aparatos
de uso cotidiano como las radios, alarmas, automóviles, ordenadores, etc.
Vienen
a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias
a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados
comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de
segundos, televisores en color, etc. Antes de aparecer los transistores, los
aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban
más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a
pilas debido al gran consumo que tenían.
Los
transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño
de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de
control.
Un
transistor es un componente que tiene, básicamente, dos funciones:
1.
Deja pasar o corta señales eléctricas a partir de una PEQUEÑA señal de mando.
Como Interruptor. Abre o cierra para cortar o dejar pasar la corriente por el
circuito.
2.
Funciona como un elemento Amplificador de señales. Le llega una señal pequeña
que se convierte en una grande.
Pero
el Transistor también puede cumplir funciones de amplificador, oscilador,
conmutador o rectificador. (AREA TECNOLOGIA)
Ilustración
7
ZONAS DE TRABAJO
CORTE.-
No circula intensidad por la Base, por lo que, la intensidad de Colector y
Emisor también es nula. La tensión entre Colector y Emisor es la de la batería.
El transistor, entre Colector y Emisor se comporta como un interruptor abierto.
IB
= IC = IE = 0; VCE = Vcc
SATURACION.-
Cuando por la Base circula una intensidad, se aprecia un incremento de la
corriente de colector considerable. En este caso el transistor entre Colector y
Emisor se comporta como un interruptor cerrado. De esta forma, se puede decir
que la tensión de la batería se encuentra en la carga conectada en el Colector.
ACTIVA.-
Actúa como amplificador. Puede dejar pasar más o menos corriente.
Cuando
trabaja en la zona de corte y la de saturación se dice que trabaja en conmutación.
En definitiva, como si fuera un interruptor.
La
ganancia de corriente es un parámetro también importante para los transistores
ya que relaciona la variación que sufre la corriente de colector para una
variación de la corriente de base. Los fabricantes suelen especificarlo en sus
hojas de características, también aparece con la denominación hFE. (F.J.M.,
2004)
2.6
LED
El LED es
un tipo especial de diodo, que trabaja como un diodo común, pero que al ser
atravesado por la corriente eléctrica, emite luz. Existen diodos
LED de varios colores que dependen del material con el cual fueron
construidos. Hay de color rojo, verde, amarillo, ámbar, infrarrojo, entre
otros.
Eléctricamente
el diodo LED se comporta igual que un diodo de silicio o
germanio.
Debe de
escogerse bien la corriente que atraviesa el LED para obtener una buena intensidad luminosa y evitar que
este se pueda dañar.
El LED tiene
un voltaje de
operación que va de 1.5 V a 2.2 voltios aproximadamente y la gama de corrientes
que debe circular por él está entre los 10 y 20 miliamperios (mA) en los diodos
de color rojo y de entre los 20 y 40 miliamperios (mA) para los otros LEDs.
Los diodos
LED tienen enormes ventajas sobre las lámparas indicadoras comunes, como su bajo consumo
de energía, su
mantenimiento casi nulo y con una vida aproximada de 100,000 horas.
El diodo
LED debe ser protegido. Una pequeña cantidad de corriente en sentido
inverso no lo dañará, pero si hay picos inesperados puede dañarse. Una forma de
protegerlo es colocar en paralelo con el diodo LED pero apuntando en sentido opuesto un diodo de
silicio común.
Las
desventajas del diodo LED son que su potencia de iluminación es tan
baja, que su luz es invisible bajo una fuente de luz brillante y que su ángulo
de visibilidad está entre los 30° y 60°. Este último problema se corrige con
cubiertas difusoras de luz. (UNICROM, 2012)
Ilustración
8
2.7 Motores
Una definición genérica seria: el motor es un aparato que transforma en
trabajo mecánico cualquier otra forma de energía. (ALMURO, s.f.)
Un motor eléctrico es una máquina
eléctrica que transforma energía eléctrica en energía
mecánica mediante interacciones electromagnéticas. Algunos motores
eléctricos son reversibles, pueden transformar energía mecánica en eléctrica
funcionando como generadores.
Pueden
funcionar conectados a una red de suministro eléctrico o a baterías. (INGENIATIC,
2011)
Su
funcionamiento se basa en las fuerzas de atracción y repulsión establecidas
entre un imán y un hilo (bobina) por donde hacemos circular una corriente eléctrica. Entonces solo seria necesario
una bobina (espiras con un principio y un final) un imán y una pila (para hacer
pasar la corriente eléctrica por las espiras) para construir un motor
eléctrico. (AREATECNOLOGIA, s.f.)
Los
motores de corriente continua tienen varias particularidades que los hacen muy
diferentes a los de corriente alterna. Una de las particularidades principales
es que pueden funcionar a la inversa, es decir, no solamente pueden ser usados
para transformar la energía eléctrica en energía mecánica, sino que también
pueden funcionar como generadores de energía eléctrica. Esto sucede porque
tienen la misma constitución física, de este modo, tenemos que un motor
eléctrico de corriente continua tienen un par de arranque ato, en comparación con
los de corriente alterna, también se puede controlar con mucha facilidad la
velocidad. (NICHESE, s.f.) .
Ilustración
9
3
Marco Práctico
3.1 Diseño
metodológico
Ilustración
10
3.1.1
Alimentación
Se escogió como
alimentación una batería de 9v por su comodidad de uso portátil.
Ilustración
11
3.1.2
Sensor
de luz
Ilustración
12
El transistor 2n2222
fue elegido por las siguientes características.
Ilustración
13
Ilustración
14
Y a partir de estas
características se tomó una corriente de colector (Icmax) de 15mA, por motivos
de no hacer trabajar en su nivel máximo al transistor ya que su límite es de
800mA.
3.1.2.1 Transistor
en saturación
· Icmax=
Corriente de colector máxima
· Ib=Corriente
de base
· Ie=Corriente
de emisor
· I1=corriente
de R1
· Vce=Voltaje
colector emisor
· Vbe=Voltaje
de base emisor
Características de un
LDR:
Ilustración
15
3.1.2.2 Transistor en corte
Cuando un transistor
esta en corte el voltaje VCC debe ser igual al voltaje VCE
3.1.3
Activación
de motores
Ilustración
16
Se conectó un
transistor 2 (Q2) 2n2222 a la salida del transistor 1 (Q1) para la activación del
motor.
3.1.3.1 Transistor
Q1 en saturación
Cuando el transistor Q1
este en saturación la corriente de Ib2 debe ser igual a 0A para que los motores
no puedan ser activados (si no hay corriente de base la corriente de colector
será 0A).
Por lo tanto el
transistor Q2 entrara en corte
3.1.3.2 Transistor
Q1 en corte
Cuando el transistor Q1
este en corte la corriente de base de Q2 debe ser igual a la corriente del
colector de Q1, para que los motores puedan ser activados.
Por lo tanto el
transistor Q2 entrara en saturación
La conexión del led es
para mostrar si existe corriente por la base de Q2.
Se eligió el Led por
las siguientes características:
Ilustración
17
3.1.4
Sistema
de movimiento
Ilustración
18
Para la selección de motores se tomó la
siguiente hoja de datos:
Ilustración
19
Robot seguidor de luz
tendrá dos ruedas, por lo tanto se necesita dos motores y dos circuitos q activen
a estos. Es por eso que se hizo el diseño de un circuito para ser armado dos
veces.
3.2 Listado
de componentes
· 2
Resistencias de 620Ω
· 2
Resistencias de 6.8KΩ
· 2
Resistencias de 91KΩ
· 4
Transistores 2N2222A
· 2
Leds
· 1
batería de 9Vdc
· 2
motores de 5Vdc a 12Vdc
· 2
LDR’s
4
Evaluaciones
4.1.1
Alimentación
Ilustración
20
4.1.2
Sensor
de luz
Ilustración
21
4.1.2.1 Corte
4.1.2.2 Saturación
4.1.3
Sistema
de activación de motor
Ilustración
22
4.1.3.1 Corte
4.1.3.2 Saturación
4.1.4
Sistemas de movimiento
Ilustración
23
5
Conclusiones y Recomendaciones
5.1 Conclusiones
· Se
concluyó que los LDR’s tienen q ser medidos pues los valores que se utilizaron
para el diseño fueron ideales.
· Cuando
hay luminosidad el LDR bajara su resistencia.
· Cuando
no hay luminosidad el LDR subirá su resistencia hasta mega ohms.
· Si
el transistor Q1 no está conduciendo ningún tipo de energía por la base habrá
una corriente de colector que pasara por la base del transistor Q2 encendiendo
el motor.
· El
robot seguidor de detecta una luminiscencia y la sigue.
5.2 Recomendaciones
· Se
recomienda medir el circuito del proyecto planteado etapa por etapa.
· Los
componentes utilizados no siempre serán ideales, pues estos siempre tendrán un
margen de error es por esto que se recomiendEa medir cada uno de ellos.
· Se
aconseja usar resistencias de medio watt para evitar cualquier tipo de accidentes.
· Se
sugiere trabajar en protoboard antes de pasar el circuito implementado a una
placa de cobre.
6
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7
Anexos
Ilustración
24
Ilustración
25
Ilustración
26
Ilustración
27
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