Guia per l'alumne TRM ETSE URV

Treball Dirigit

Disseny de les plaques de circuit imprès del
“Taller de robòtica mòbil”
-
Guia per l’alumne

Alumne: Adrià Marcos Pastor

Professor: Àngel Cid Pastor

Juny 2011

Treball dirigit Guia per l’alumne Adrià Marcos Pastor

Índex
1. Introducció ................................................................................................................... 7
2. Especificacions ............................................................................................................. 7
2.1 Conjunt del sistema .............................................................................................. 8
2.2 Alternatives d’alimentació del sistema ................................................................. 8
2.2.1 Primera alternativa ....................................................................................... 9
2.2.2 Segona alternativa ...................................................................................... 10
2.2.3 Tercera alternativa ..................................................................................... 10
2.3 Control dels motors de corrent continu ............................................................. 10
3. Disseny Circuit Esquemàtic ......................................................................................... 12
3.1 Circuit del microcontrolador .............................................................................. 12
3.1.1 Microcontrolador PIC16F876 ...................................................................... 13
3.1.2 Regulador de tensió LM7805 ...................................................................... 18
3.1.3 Connectors ................................................................................................. 19
3.1.4 Polsadors .................................................................................................... 19
3.1.5 Altres .......................................................................................................... 21
3.2 Circuit del controlador dels motors .................................................................... 22
3.2.1 Driver L293D ............................................................................................... 23
3.2.2 Connectors ................................................................................................. 25
3.2.3 Altres .......................................................................................................... 27
3.3 Circuit dels sensors ............................................................................................. 29
3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594A ................................................. 29
3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensors ... 31
3.3.3 Connectors ................................................................................................. 33
3.3.4 Altres .......................................................................................................... 33
4. Disseny del Layout ...................................................................................................... 34
4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador ................................. 34
4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador ................................................ 35
4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador ........................................ 35
4.1.3 Components de la placa del microcontrolador ........................................... 36
4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels motors ...................... 36
4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors ............................................... 36
4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors ....................................... 37
4.2.3 Components de la placa del driver dels motors ......................................... 37


4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors ............................................... 38
4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors ................................................................. 38
4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors ......................................................... 38
4.3.3 Components de la placa de sensors............................................................ 38
4.4 Vies ..................................................................................................................... 39
4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador ........................................................ 39
4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors .............................................. 40
4.4.3 Vies de la placa de sensors ......................................................................... 40
5. Conclusions ................................................................................................................ 41


Índex de figures
Figura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic. ......................................................... 8
Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions. ......................................................... 8
Figura 3. Conjunt electrònic del robot. ................................................................................. 9
Figura 4. Primera alternativa d’alimentació. ........................................................................ 9
Figura 5. Segona alternativa d’alimentació ........................................................................ 10
Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació. ....................................................................... 10
Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple. ........................................................................ 11
Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador. ......................................... 12
Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús. ................................................................ 13
Figura 10. Circuit amb RC extern. ....................................................................................... 15
Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el
condensador i la resistència del circuit RC........................................................ 15
Figura 12. Circuit amb cristall oscil·lador ............................................................................ 15
Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica
mòbil. ............................................................................................................... 16
Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica
mòbil. ............................................................................................................... 17
Figura 15. ICD2 Programador i depurador.......................................................................... 17
Figura 16. PICkit2 programador i depurador. ..................................................................... 17
Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i
connectors físics. .............................................................................................. 18
Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4. ................................................................. 18
Figura 19. Condensador C3 ................................................................................................ 18
Figura 20. Regulador de tensió LM7805. ............................................................................ 18
Figura 21. CON VCC PIC ...................................................................................................... 19
Figura 22. Connectors ports I/O. ........................................................................................ 19
Figura 23. Connector de 5 V i massa. ................................................................................. 19
Figura 24. Polsador de RESET. ............................................................................................ 20
Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2. ..................................... 20
Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada. .................................................................... 21
Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC. ................................................... 21
Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora. ..................... 21
Figura 29. Punts de test del disseny. .................................................................................. 22
Figura 30. Components per subjecció mecànica de la placa del μC. .................................. 22
Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors. ...................................... 23
Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D. .................................................. 24
Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’. ...................................... 25
Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver. ......................................................... 26
Figura 35. Connector dels motors. ..................................................................................... 26
Figura 36. Connector control del driver. ............................................................................ 26
Figura 37. Resistències de protecció. ................................................................................. 27
Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada. .................................................................... 27
Figura 39. Interruptor alimentació del driver. .................................................................... 28


Figura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora
de corrent ......................................................................................................... 28
Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors. ............................................. 28
Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver .............................. 28
Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors. ................................................................... 29
Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el
sensor IS471F. .................................................................................................. 30
Figura 45. Pins de l’integrat IS471F. ................................................................................... 30
Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.................................................... 30
Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F. ........................................................ 31
Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14................... 31
Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14. ................................................................................. 32
Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis. ................................................... 32
Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis. ....................................................... 33
Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors. ............................................... 33
Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors. .................................................... 33
Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34
Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors. ......................................................... 34
Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic. .................................................. 34
Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors .......................... 34
Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador. ....................................................... 35
Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador. ............................................... 35
Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador. ...................... 36
Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors. ..................................................... 36
Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors. ............................................. 37
Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors. ..................... 37
Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors. ....................................................................... 38
Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors. ............................................................... 38
Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors. ....................................... 39
Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador........................................... 39
Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors. ........................................ 40
Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors. .......................................................... 40


Índex d’equacions
Equació 1. Cicle de treball ................................................................................................. 11
Equació 2. Tensió mitja alimentació motors...................................................................... 11
Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876. .... 14
Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència............................................. 14


1. Introducció
L’Escola Tècnica Superior d’Enginyeria de la Universitat Rovira i Virgili des de l’any 2008
organitza una competició de robots seguidors de línia anomenada “ETSEBOT”. La
universitat ofereix als alumnes la possibilitat de realitzar un curs de formació, en el qual
se’ls dota dels coneixements necessaris sobre electrònica, mecànica, informàtica i
robòtica per tal dissenyar, construir i programar un robot d’aquest tipus per participar al
concurs. Aquest curs de formació té per nom “Taller de robòtica mòbil”.

El pla d’estudis que composa l’Enginyeria en Automàtica i Electrònica Industrial (1998)
conté una assignatura anomenada “Treball Dirigit” on l’alumne escull un tema concret i
un professor que el dirigeix i coordina les seves activitats. Aquest treball dirigit resulta del
plantejament als organitzadors del concurs, professors del Departament d’Enginyeria
Electrònica, Elèctrica i Automàtica, de l’elaboració del disseny i muntatge de les plaques
de circuit imprès que es donen com a model als alumnes que realitzen el taller.

Aquest treball presenta les especificacions del disseny del model, quin és i com funciona
el circuit electrònic que controla el conjunt del sistema, la llista de materials que formen
el sistema, com és el disseny físic de les plaques de circuit imprès i finalment una guia de
muntatge i posta en marxa de la part electrònica del robot. En canvi en aquest treball
únicament es toquen les qüestions mecàniques i de programació del microcontrolador
per tal de donar una visió més global de la construcció del robot, ja que en qualsevol
projecte s’ha de tenir tot en compte per aconseguir un bon resultat.

ROBOT = MECÀNICA + ELECTRÒNICA + PROGRAMACIÓ

2. Especificacions
Les especificacions, que s’han de complir, venen donades tant per la pista que han de
recórrer els robots, com per les bases del propi concurs i per les decisions preses pels
diferents professors que imparteixen el taller. L’objectiu de la competició és aconseguir el
robot rastrejador més ràpid. Les dimensions dels robots competidors no poden superar
els 20 cm de diàmetre i hauran de funcionar de forma autònoma. El seu moviment s’ha
d’obtenir gràcies a motors elèctrics. La línia que configura la pista del concurs és de 3 cm
de gruix aproximadament i s’ha decidit que entre el material que es dóna als alumnes hi
hagi un màxim de 3 sensors detectors d’infrarojos però es permet fer-ne ús d’un número
il·limitat. Aquests sensors seran els IS471FE tot i que es presentaran altres alternatives.

L’estructura de tracció que sovint es construeix en aquest tipus de robots per la relativa
facilitat de construcció mecànica, és una estructura de tipus diferencial. Aquest tipus
d’estructura està compost per dues rodes de tracció cadascuna amb el seu motor i una o
més rodes “boges” que únicament tenen la funció de donar estabilitat al sistema. El canvi
de la direcció del sistema s’aconsegueix mitjançant la variació de la velocitat de rotació
dels motors. Per exemple, si la roda dreta gira més ràpidament que l’esquerra, el robot
girarà cap a l’esquerra. A la figura que segueix s’il·lustra tan la configuració de l’estructura
diferencial com el funcionament bàsic del moviment del robot.


Figura 1. Estructura diferencial i funcionament bàsic.

Per facilitar tant el disseny del hardware com el control dels motors, s’acostumen a
alimentar de tal manera que només girin en un sol sentit de rotació. Així també
s’aconsegueix minimitzar el temps perdut realitzant la inversió del gir dels motors. També
s’ha de comentar que els motors més utilitzats en la construcció de robots seguidors de
línies són els motors de corrent contínua.

2.1 Conjunt del sistema
Com a proposta es planteja que el disseny sigui modular, és a dir, que el circuit que
controla el moviment del robot no es trobi tot en una mateixa placa de circuit imprès, sinó
que es desglossi segons les seves funcions. Aquest aspecte dóna flexibilitat a l’estructura
electrònica, permetent així poder modificar parts o bé canviar elements específics per tal
de donar llibertat a l’alumne. En aquest sentit el conjunt electrònic es pot desglossar en 3
parts que es diferencien per les funcions que tenen i es poden veure en la figura que
segueix.

Placa Placa Senyal Placa
Estat
PWM de
Sensors sensors Microcontrolador Driver motors
control

IR M1 M2

Figura 2. Sistema modular segons diferents funcions.

2.2 Alternatives d’alimentació del sistema
Tot sistema electrònic necessita d’una font d’energia elèctrica per poder funcionar, que
generalment són piles o bateries. La seva elecció és important doncs donaran al robot una
autonomia de funcionament major o menor en funció de la decisió que es pregui.

La lògica de control juntament amb els integrats treballen al voltant dels 5 V. En canvi els
motors de contínua necessiten tensions més altes per poder funcionar en la seva regió
nominal de treball, on es disposa d’un parell més alt. Aquestes tensions oscil·len entre els
12 V i els 24 V. Es pot veure com no tot funciona amb un mateix nivell de tensió i en


conseqüència s’ha d’adequar en cada cas per tal no danyar o destruir els components per
un excés de tensió o bé no funcionin per un nivell de tensió massa baix.

Figura 3. Conjunt electrònic del robot.

La figura anterior esquematitza el conjunt electrònic que disposarà el robot. Es veuen
diferenciades dues entrades d’alimentació VCC 1 i VCC 2 on s’han de connectar les
bateries o piles que s’utilitzin. A continuació es presenten una sèrie d’alternatives
d’alimentació del sistema i s’analitzen els seus avantatges i convenients. Val a dir que no
són les úniques possibilitats, però questes tres opcions com les més representatives.

2.2.1 Primera alternativa
Una solució és connectar en sèrie dues piles alcalines de 9 V com les que apareixen a
continuació, però presenten una molt baixa capacitat, al voltant de 200 mAh. Això vol dir
que la pila s’espera que funcioni durant 1 hora entregant 200 mA de corrent continu.
L’avantatge de tenir dues piles en sèrie de 9 V és que als motors com a màxim poden
estar alimentats a 18 V, però per fer probes no són gaire rentables, ja que amb poc temps
s’esgota la seva càrrega a causa de l’alimentació dels motors.

PILA 1 i PILA 2

Figura 4. Primera alternativa d’alimentació.


2.2.2 Segona alternativa
Les piles de liti presenten una major capacitat, del voltant de 2 Ah però comporta un
increment en el seu preu. La pila que apareix a la figura que segueix és de 3 V, de manera
que col·locant-ne 4 en sèrie es s’aconsegueixen els 12 V. Aquesta alternativa té
l’inconvenient en la regulació des de 12 V fins a 5 V que comporta un funcionament
excessiu al regulador de tensió de 5 V i si no es dissipa l’energia tèrmica correctament pot
deixar de funcionar. A més, pot representar una reducció de la velocitat dels motors ja
que no estan alimentats a 18 V com en el cas anterior, però això es pot solucionar
connectant-ne més en sèrie, cosa que empitjora el tema del regulador de tensió.

PILA 1

Figura 5. Segona alternativa d’alimentació

2.2.3 Tercera alternativa
La mescla de les dues alternatives anteriors permet combinar el millor de cada cas i
configurar la tercera alternativa d’alimentació. Es poden col·locar piles de liti per
l’alimentació dels motors i una pila de 9 V per alimentar la part electrònica de control que
té un consum de corrent molt menor respecte els motors.

PILA 1 PILA 2

Figura 6. Tercera alternativa d’alimentació.

2.3 Control dels motors de corrent continu
Els motors que es proporcionen per la construcció del robot són de corrent continu. Les
màquines de corrent continu estan constituïdes per una part fixa o estator i una part
mòbil o rotor i les característiques principals dels motors de corrent continu són les
següents.

1. El parell és directament proporcional al corrent que consumeix.
2. La velocitat angular de l’eix del motor és directament proporcional a la tensió que
s’aplica en bornes del motor.


Aquesta segona característica permet un control relativament fàcil i per tant es justifica
així l’elecció d’aquest tipus de motors per dur a terme el muntatge del robot. La tensió
que s’aplicarà a les bornes de cada motor es regularà mitjançant un senyal de tipus PWM.

Un senyal de tipus PWM és un senyal rectangular de període determinat (T), durant el
qual per un temps menor o igual al període es troba a nivell alt (Temps de ON: Ton) i la
resta del període a nivell baix (Temps de OFF: Toff). El cicle de treball (D) del senyal es
defineix segons l’equació número 1. Aquesta explicació queda il·lustrada a la figura que
apareix a continuació.

Equació 1. Cicle de treball

Figura 7. Senyal de tipus PWM d’exemple.

El motor té una constant de temps τ intrínseca com tots els elements emmagatzemador
d’energia. L’estator del motor és un circuit magnètic inductor on se situen els pols del
motor. El rotor està format per l’induït i el col·lector de delgues. L’induït allotja els
debanats enrotllats en un circuit tancat la qual cosa comporta que el bobinat es tanca
sobre si mateix sense principi ni fi. El col·lector de delgues permet el contacte del bobinat
amb les bornes d’alimentació. És aquest bobinat el que produeix el retard i generalment
és de l’ordre de ms.

Si la freqüència del senyal PWM és suficientment gran com perquè el corrent es pugui
considerar continu amb un baix rissat altern generat pel PWM, es pot controlar la
velocitat segons la tensió a la que s’alimenta el motor.

La màxima tensió a la que estaran sotmesos els motors és la tensió a la que estigui sotmès
el node VCC2 descrit en l’apartat anterior. La tensió mitja a la que s’alimenti un motor
alimentat amb un senyal PWM serà:

Equació 2. Tensió mitja alimentació motors.

Posant per exemple un motor, el fabricant del qual indica que la tensió nominal és V nominal
en V i a aquesta tensió té una velocitat angular Ωnominal en rpm. Si es vol que aquest vagi a
la meitat de la velocitat nominal, s’ha de reduir la tensió nominal a la meitat ajustant el
cicle de treball de l’ona PWM al 50% o bé 0.5.


3. Disseny Circuit Esquemàtic
En aquest apartat es procedeix a fer una descripció de les diferents parts que formen tot
el conjunt electrònic del robot, seguint amb la línia de l’estructura modular. En primer lloc
es descriu el circuit que composa la placa del microcontrolador, en segon el circuit de la
placa del controlador de motors i en tercer lloc el circuit de la placa de sensors. Per últim
un apartat dóna una sèrie de recomanacions en el cas que l’alumne vulgui incorporar al
robot un número major de sensors.

3.1 Circuit del microcontrolador
El circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador és el que apareix a la figura que
segueix. Un microcontrolador és un circuit integrat que inclou en el seu interior les tres
unitats funcionals d’un computador: la unitat central de processament, memòria, tant de
programa com de dades, i perifèrics d’entrada i de sortida. Un microcontrolador és un
sistema digital que per interactuar amb la resta del circuit electrònic que l’envolta,
treballa amb dos valors lògics 1 i 0. El valor lògic 1 correspon a un valor de tensió
analògica entre aproximadament 4 i 5 V. El valor lògic 0 correspon a un valor de tensió
analògica entre 0 i aproximadament 1 V. A vegades els microcontroladors disposen de
conversors analògic/digitals interns de manera que se’ls hi pot introduir un nivell de
tensió analògic entre 0 i 5 V en els pins adequats del circuit integrat1.

Figura 8. Circuit esquemàtic de la placa del microcontrolador.

1
A partir d’ara quan es parli de valors lògics 0 o 1 s’indicarà entre “ ”.


3.1.1 Microcontrolador PIC16F876
S’ha decidit que la gestió del mostreig de l’estat dels sensors i del control del motor es
realitzi mitjançant el microcontrolador PIC16F876 de la casa Microchip. Disposa de 3 ports
d’entrada/sortida (I/O) que permeten, en el cas d’actuar com entrades, llegir l’estat de la
planta (lectura de l’estat dels sensors), o bé, en el cas d’estar configurats com a sortides,
controlar els actuadors del sistema (els motors). L’elecció d’aquest microcontrolador ve
justificada pel fet de tenir a la seva disposició dos mòduls capaços de generar en dos pins
d’un dels seus ports I/O, dues senyals de tipus PWM (Pulse-Width Modulation). Aquestes
dues senyals seran les que atacaran les entrades del controlador dels motors i així regular
la tensió a la que s’alimenten i en conseqüència la seva velocitat de rotació.

3.1.1.1 Pins del PIC utilitzats
El diagrama de pins del PIC utilitzats és el següent:

Color Forma d’ús
Indicació del fabricant
Entrades
Sortides
Elecció per senyal de
rellotge
Indicació fabricant/Lliure
Lliure

Figura 9. Diagrama de pins del PIC i forma d’ús.

A continuació s’indica la funció que desenvoluparà cada pin del PIC.

Nom del pin número Funció a desenvolupar
!MCLR/Vpp 1 Si es posa a “0” es produeix un reset en el PIC. També serveix per
realitzar la programació del PIC, posant-se a 12 V a través del
programador.
RA0 2 Línia 0 del port A d’I/O. Testeja si s’ha polsat el botó s’inici o no.
Vss 8, 19 Tensió de referència: 0 V o massa.
CLKIN 9 Línia per on s’introdueix el sneyal de rellotge que necessita el PIC
per executar les instruccions.
CLKOUT 10 En el cas de fer ús d’un cristall oscil·lador és una línia necessària.
RC0 11 Línia 0 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 2.
CCP2 12 Línia 1 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 2.
CCP1 13 Línia 2 del port C d’I/O. Senyal PWM de control del motor 1.
RC3 14 Línia 3 del port C d’I/O. Controlarà l’habilitació del motor 1.
Vdd 20 Pin d’alimentació del PIC: 5 V.
RB0 21 Línia 0 del port B d’I/O. Lectura sensor 0
RB6/PGC 27 Línia de senyal de rellotge per realitzar la programació. També és la
línia 6 del port B d’I/O.
RB7/PGD 28 Línia de dades per realitzar la programació. També és la línia 7 del
port B d’I/O.


3.1.1.2 Elecció del tipus d’origen i valor de la freqüència del senyal de rellotge
El pic necessita d’un senyal que oscil·la entre nivell alt i nivell baix per sincronitzar les
diferents parts del xip per executar correctament les instruccions. Aquest senyal es pot
generar de diverses maneres que es tracten dins d’aquest apartat. El debat es crea entorn
l’elecció del valor de la freqüència del senyal que ve donat per diversos factors. S’ha de
tenir en compte els diferents punts que apareixen a continuació.

 Un augment de la freqüència del senyal de rellotge comporta que el consum del
pic s’incrementi.
 Augmentar la freqüència del senyal de rellotge comporta un possible
sobremostreig de l’estat dels sensors innecessari, ja que la resposta dels motors
és molt més lenta en relació el temps que tarda el PIC en executar una instrucció.
 El període del senyal PWM és directament proporcional al període del senyal de
rellotge. A més s’ha de tenir en compte que el driver de control dels motors no
accepta una freqüència superior als 5 kHz del senyal de les seves entrades.

Per tant, la pregunta que els dissenyadors finals s’han de fer, per elegir la freqüència del
senyal de rellotge, és:

Quin període del senyal PWM de control dels motors es vol tenir?

El valor del període d’aquest senyal ve donat per l’expressió següent:

Equació 3. Expressió que defineix el període del senyal PWM generat pel PIC16F876.

On:

 “PR2” és un registre de 8 bits i per tant se li pot donar un valor entre 0 i 255.
 “TMR2 prescaler value” és un altre registre que se li poden donar els valors 1, 4 o
16.

De la que:

Equació 4. Expressió del període en funció de la freqüència.

On FOSC és la freqüència del senyal de rellotge elegida. A continuació es presenten les 3
formes possibles de generar el senyal de rellotge.

3.1.1.2.1 Circuit RC intern
El pic disposa d’un circuit intern format per una resistència i un condensador que permet
generar aquest senyal de rellotge. És la forma més simple i barata que es pot aprofitar per
generar el senyal de clock però té el desavantatge que és un circuit molt poc estable i en
conseqüència genera un senyal amb un període poc constant. No és gaire recomanable
per ser utilitzat en aplicacions sensibles a la temporització. Tampoc es recomana fer-ne ús
per casos en els que la freqüència necessària sigui per sobre els 2 MHz.


3.1.1.2.2 Circuit RC extern
El disseny del treball dirigit proposa una de les
dues opcions, aquesta o la que ve. Aquesta
consisteix en connectar un circuit RC extern a
la línia OSC1 del pic de manera que ofereixi
més estabilitat que l’intern. La forma de
connexió apareix en la imatge de la dreta. En
funció dels valors de la resistència i el
condensador externs, la freqüència del senyal Figura 10. Circuit amb RC extern.
quadrat serà diferent.
El disseny proposa la utilització d’una resistència de valor 10 kΩ i un condensador de 100
pF. Segons les indicacions del fabricant aquesta combinació permetrà generar un senyal
de rellotge amb una freqüència de rellotge aproximadament de 600 kHz.

Figura 11. Freqüència del senyal de rellotge en funció de la tensió d’alimentació, el condensador i la
resistència del circuit RC.

Tot i que aquesta forma millora el problema de l’estabilitat del període del senyal
respecte el cas anterior, aquest sistema no és tan estable com el del cristall oscil·lador.

3.1.1.2.3 Cristall oscil·lador o ressonador ceràmic
La forma que permet obtenir un senyal de rellotge
més estable és la utilització de cristalls oscil·ladors o
ressonadors ceràmics. Aquests s’han de connectar
segons s’indica a la imatge de la dreta. Tal i com es
pot veure en la figura, el cristall (XTAL) és
acompanyat per dos condensadors (C1 i C2). El seu
valor ve indicat al manual del PIC segons la
Figura 12. Circuit amb cristall oscil·lador
freqüència d’oscil·lació del cristall.


El PIC pot funcionar fins a una freqüència de 20 MHz, però aquest valor és excessiu per la
funció que ha de desenvolupar. En el disseny s’ha pres el valor de 4 MHz pel cas de voler
utilitzar un cristall d’oscil·lador per generar el senyal de rellotge. Segons el manual del
fabricant s’indica que per a 4 MHz els condensadors han de ser de 15 pF.

3.1.1.2.4 Jumpers de selecció del senyal de rellotge
El disseny està pensat per donar flexibilitat a l’alumne de cara a poder escollir com
generar el senyal de rellotge, si mitjançant el circuit RC extern o la utilització del cristall
oscil·lador. Els jumpers estan pensats per poder connectar de forma còmoda parts del
circuit com si d’interruptors es tractessin.

Si el JUMPER1 es connecten els pins 1 i 2 entre ells, el 3 es deixa desconnectat i del
JUMPER2 es deixen desconnectats els pins 1 i 2, el circuit que s’està utilitzant per generar
el senyal de rellotge és el circuit RC extern.

Figura 13. Forma de connexió del circuit RC extern del disseny del taller de robòtica mòbil.

Si en canvi del JUMPER1 es connecten els pins 2 i 3 entre ells, es desconnecta el pin 1 i del
JUMPER2 es connecten entre ells els pins 1 i 2 s’està utilitzant el circuit del cristall
oscil·lador.


Figura 14. Forma de connexió del cristall oscil·lador del disseny del taller de robòtica mòbil.

3.1.1.3 Comunicació PC-PIC
El PIC es podrà connectar amb l’ordinador des del mateix circuit on està integrat, per
programar i depurar el funcionament del codi, de dues formes diferents i el disseny està
preparat per ambdues.

3.1.1.3.1 ICD2 (In Circuit Debugger)
El laboratori de la universitat disposa dels programadors ICD2.

Físicament es connecten a la placa del PIC del robot a través del connector estàndard RJ11

Figura 15. ICD2 Programador i depurador.

tal i com s’indica al circuit esquemàtic de la figura de baix.

3.1.1.3.2 PICkit2
És possible que hi hagi alumnes que disposin o tinguin interès en
obtenir un programador més barat i petit que l’ICD2, el qual es
diu PICKIT2. Aquest utilitza les mateixes línies que l’ICD2 però el
connector no és amb l’estàndard RJ11. És simplement un
connector en forma de tira. PICkit2 programador i depurador.

A continuació es mostren els connectors de l’esquemàtic que Figura 16. PICkit2 programador i
depurador.
permeten la connexió dels dispositius de comunicació amb
l’ordinador, les indicacions del fabricant per la connexió i els
connectors físics que s’utilitzen.


Figura 17. Connectors en el circuit esquemàtic, indicacions dels fabricants i connectors físics.

3.1.1.4 Altres indicacions del fabricant
En el disseny apareixen components que el la casa MICROCHIP aconsella posar pel bon
funcionament del microcontrolador. És el cas dels components que es descriuen a
continuació.

El fabricant indica que la resistència R3,
el díode D2 i el condensador C4 s’han
de connectar tal i com apareixen en la
figura de l’esquerra. D’aquesta manera
la línia de Master Clear (pin 1 del PIC)
es troba a nivell alt de forma normal.
Quan aquesta línia es posa a nivell baix
es produeix un RESET en el PIC i el
punter d’instrucció de programa torna
a la posició inicial. Durant la
programació la línia de MCLR es posa a
12 V i gràcies el díode s’evita que el
Figura 18. Funció dels components: R3 D2 i C4. corrent pugui circular en direcció el
node de 5 V, actuant com a protecció.

El condensador C3 té l’objectiu d’eliminar els rissats de
tensió que es produeixen prop de la línia de 5 V que
alimenta el PIC i és per això que és interessant que
aquesta es trobi el més a prop possible del pin 20 del PIC.

Figura 19. Condensador C3

3.1.2 Regulador de tensió LM7805
El regulador LM7805 és el component encarregat de reduir la tensió de l’entrada de la
placa del PIC, a una tensió de sortida de 5 V, ja que és necessari ajustar el nivell de tensió
correcte al PIC i a la circuiteria de lògica integrada del robot. Aquest component acostuma
a donar problemes de dissipació si no es vigila amb el nivell de tensió que s’introdueix a la
seva entrada i el corrent que se li demana entregar. És per aquest motiu que a vegades és
necessari connectar-li un dissipador de calor per evitar que la protecció tèrmica interna
del propi dispositiu actuï o fins i tot que es destrueixi el mateix regulador.

El fabricant recomana que el
regulador de tensió LM7805 a la
seva entrada i a la sortida s’hi
connectin condensadors per
eliminar possibles rissats de soroll

Figura 20. Regulador de tensió LM7805.


i el component pugui regular més correctament.

3.1.3 Connectors
Connector d’alimentació placa del PIC (CON VCC PIC)
Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC1 a la
tensió de les piles o bateries que formen el sistema
d’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat
“Alternatives d’alimentació del sistema”.

Figura 21. CON VCC PIC

Connector per comunicació entre PC i PIC (CON ICD2 i CON PICKIT2)
Mitjançant els connectors descrits en l’apartat “Comunicació PC-PIC” es pot establir
comunicació amb l’ordinador.

Connectors pels ports entrada/sortida (CON PORT A, CON PORT B, CON PORT C_1, CON
PORT C_2)
Aquests connectors permeten als pins
d’entrada/sortida del PIC disposar d’accessibilitat i
flexibilitat per poder ser connectat segons com
vulgui l’alumne. El model que s’ha dissenyat en
aquest treball fa servir tots els pins del CON PORT
C_1 pel control dels motors i 3 pins del CON PORT B
per fer la lectura del senyal de sortida dels sensors.
La resta de pins estan però en disposició de ser
connectats per ampliacions o modificacions. S’ha de
indicar el fet que mitjançant el CON PORT C_1 a més
de enviar els senyals de control, també s’aprofita per
Figura 22. Connectors ports I/O.
fer arribar la tensió de 5 V necessària pel driver dels
motors.

Connector del node de 5 V per alimentar placa de sensors (CON VDD)
Mitjançant aquest connector la placa de sensors està
alimentada a 5 V provinents del regulador.

Figura 23. Connector de 5 V i
massa.
3.1.4 Polsadors
POLSADOR RESET
Quan aquest polsador es troba en estat de repòs el pin 1 del PIC es troba a “1” . Quan el
polsador es prem es posa a “0” i es produeix un RESET en el punter de programa del PIC.
La resistència que acompanya el polsador redueix el corrent que circula pel polsador.


Figura 24. Polsador de RESET.

POLSADOR INICI
Aquest polsador conjuntament amb les resistències R1 i R2 configura un divisor de tensió
quan aquest és polsat. En repòs la resistència R1 de 10 kΩ actua com una resistència de
pull-up que obliga al pin 2 del PIC (línia RA0) a trobar-se a “1”. Quan es prem el polsador,
la resistència R2 de 100 Ω fa caure aquest valor a “0”.
En conclusió:
POLSADOR INICI en repòs → línia RA0 a “1”.
POLSADOR INICI en polsat → línia RA0 a “0”.

Figura 25. Polsador d’INICI i divisor de tensió mitjançant R1 i R2.


3.1.5 Altres
A continuació es descriuen la resta de components que formen el circuit esquemàtic de la
placa del PIC.

3.1.5.1 Díode de protecció a l’entrada
Tal i com indica el títol de l’apartat, el díode D1 actua com element de protecció en el cas
que es connectés la polaritat de les piles a l’inrevés. En aquesta situació el corrent
circularia a través del díode i s’evitaria que algun component es danyés.

Figura 26. Díode D1 de protecció a l’entrada.

3.1.5.2 Interruptor alimentació placa del PIC
Aquest interruptor permet tallar l’alimentació de la placa del PIC i així desconnectar el
control.

Figura 27. Interruptor d’alimentació de la placa del PIC.

3.1.5.3 Led indicador alimentació
La placa del microcontrolador té un led que porta per nom “LED PIC ON” que s’encendrà
quan el PIC estigui alimentat a 5 V i per tant en funcionament. La resistència R5
acompanya el led per reduir el corrent que hi circula.

Figura 28. Led indicador d’estat de la placa del PIC i resistència limitadora.


3.1.5.4 Test Points
Un test point és un punt on es pot connectar un instrument de mesura i poder treballar de
forma més còmoda. És per això que totes les línies del pic tenen a la seva disposició el seu
punt de test corresponent.

Figura 29. Punts de test del disseny.

3.1.5.5 Forats per subjecció mecànica
La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que
s’han introduït 4 forats pensats per subjectar les plaques a
l’estructura del robot. Són els components que porten per
nom “Cargol”.
Figura 30. Components per subjecció
mecànica de la placa del μC.

3.2 Circuit del controlador dels motors
El circuit esquemàtic de la placa que conté el controlador o driver dels motors és el que
apareix a la figura que segueix.


Figura 31. Circuit esquemàtic de la placa del driver dels motors.

3.2.1 Driver L293D
Un driver de motors és un element que actua com a interfície entre el circuit de control i
els accionaments elèctrics que es tinguin . En el nostre cas, entre el μC i els motors de
contínua. A partir del senyal de control provinent del μC, es gestiona l’alimentació dels
motors connectats al driver. Concretament el driver que s’ha decidit utilitzar és el L293D.

3.2.1.1 Funcionament i pins del driver
Com s’ha dit, aquest integrat permet gestionar l’alimentació dels motors a partir d’un
senyal de control. Per poder portar a terme aquesta tasca necessita de dues tensions
diferents d’alimentació, la tensió amb què rebrà el senyal de control (5 V) i la tensió a què
es vol alimentar els motors (depenent del disseny).

Disposa de 4 entrades independents amb les corresponents sortides. Quan a una entrada
se li aplica un nivell alt de tensió de control (Vcc12), a la seva sortida apareix la tensió a la
que es vol alimentar el motor (Vcc2). També disposa de 2 pins d’habilitació que actuen
sobre dues entrades alhora, és a dir, una entrada d’habilitació permetrà el funcionament
de les sortides 1 i 2, mentre que la segona entrada d’habilitació permetrà el funcionament
de les sortides 3 i 4.

El driver L293D té el següent llistat de pins

 2
Vcc1 segons la notació del datasheet de Texas Instruments. En el projecte aquesta
línea es connectarà a VDD 5V mitjançant l’interruptor SW1.


 Alimentació:
o Pin 8: nivell de tensió de control, és a dir, la mateixa a la que s’alimenti el pic.
o Pin 16: nivell de tensió d’alimentació dels motors.
 Entrades: pins 2, 7, 10 i 15.
 Sortides: pins 3, 6, 11 i 14.
 Habilitacions:
o Pin 1: blocs 1 i 2.
o Pin 9: blocs 3 i 4.
 Masses: pins 4, 5, 12 i 13.

Figura 32. Pins i diagrama funcional de l’integrat L293D.

3.2.1.2 Díodes interns de protecció
Un motor de contínua és bàsicament una bobina que es carrega elèctricament i que al
estar sotmesa a un camp magnètic s’aconsegueix el moviment rotatori en l’eix. Les
bobines s’oposen a les variacions de corrent elèctric. Si s’estan controlant els motors
mitjançant dues senyals de tipus PWM, el que s’està fent és aplicar tensió i treure-la
contínuament als motors, fet que comporta que en el moment de la desconnexió puguin
aparèixer els corrents elèctrics i’ o i’’ generats per la forces contraelectromotrius mentre
les bobines es descarreguen de l’energia que emmagatzemen.

Els díodes interns del driver L293D permeten la continuïtat de pas del corrent quan s’ha
deixat d’alimentar els motors i així evitar que danyar el circuit. L’integrat L293D es
diferencia del seu germà L293 en què, el primer disposa de díodes interns de protecció
mentre que el segon no. En canvi, el corrent màxim per cada branca de sortida del primer
és de 600 mA mentre que en el segon és d’1 A. Per aquest motiu s’han unit les dues
primeres sortides per alimentar un motor i les dues restants per alimentar l’altre motor.
En conseqüència les entrades 1 i 2 per una banda i la 3 i la 4 per l’altra, han de rebre el
mateix senyal de control i per això estan curtcircuitades dos a dos.


Figura 33. Díodes de protecció interns davant els corrents i’ i i’’.

3.2.1.3 Indicacions fabricant
El fabricant indica que:

 La freqüència màxima del senyal d’entrada ha de ser inferior als 5 kHz per un
correcte funcionament.
 Els pins de les alimentacions tinguin a prop connectats condensadors per eliminar
rissats de tensió que puguin aparèixer en aquestes línies.
o L’alimentació Vcc1 l’acompanya un condensador de 100 nF (C8).
o L’alimentació Vcc2 l’acompanya un condensador de 10 μF (C7). S’ha
escollit un condensador amb aquesta capacitat per poder fer front a pics
sobtats de tensió que apareguin en alimentar els motors. Suporta un
màxim de tensió de 36 V.
 Com s’ha dit, cada sortida pot subministrar fins a 600 mA en el cas de l’integrat
L293D.

3.2.2 Connectors
Connector d’alimentació placa del driver (CON VCC DRIVER)
Connector que permet sotmetre el node amb nom VCC2 a la tensió de les piles o bateries
que formen el sistema d’alimentació, tema que ja s’ha tractat en el apartat “Alternatives
d’alimentació del sistema”.


Figura 34. Connector d’alimentació placa del driver.

Connector dels motors (CON MOTORS)
Els dos motors estan alimentats entre positiu i massa. Com que la massa és comuna, en el
connector comparteixen el node de massa. El pin 1 del connector representarà el positiu
del motor 1, mentre que el pin 3 representarà el positiu del motor 2.

Figura 35. Connector dels motors.

Connector control del driver (CON CONTROL DRIVER)
Mitjançant aquest connector es permet el control del driver ja que s’ha de connectar amb
el connector CON PORT C_1 de la placa del microcontrolador. D’aquesta manera:
 La línia RC0 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 2.
 La línia RC1/CPP2 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 2.
 La línia RC2/CPP1 generarà el PWM necessari per alimentar el motor 1.
 La línia RC3 s’encarregarà d’habilitar les sortides que alimenten el motor 1.
 VDD 5V Permet subministrar al L293D el nivell de tensió amb que es rebran els
senyals PWM.

Figura 36. Connector control del driver.


3.2.3 Altres
placa del driver.

3.2.3.1 Resistències limitadores
S’han col·locat unes resistències de 100 Ω entre el μC i les entrades del driver amb
l’objectiu de limitar el pas del corrent.

Figura 37. Resistències de protecció.

3.2.3.2 Díode de protecció a l’entrada
De la mateixa manera que en la placa del μC, el díode de protecció a l’entrada, en aquest
cas D3, actua com element de protecció en el cas que es connectés la polaritat de les piles
a l’inrevés. En aquesta situació el corrent circularia a través del díode i s’evitaria que algun
component es danyés.

Figura 38. Díode D3 de protecció a l’entrada.

3.2.3.3 Interruptor d’alimentació del controlador
L’interruptor SW1 permet la desactivació del driver del motor obrint el node “VDD 5V”. En
cas de funcionament normal, aquest interruptor ha d’estar accionat de tal manera que
permeti l’alimentació del driver. En cas de d’obrir el circuit, les sortides del driver deixen
d’alimentar els motors i, per tant, s’aturen. És una forma ràpida de desconnexió dels
motors per aturar el robot en cas d’emergència.


Figura 39. Interruptor alimentació del driver.

3.2.3.4 Led indicador d’alimentació del driver
La placa del driver té un led anomenat “LED DRIVER ON” que s’encendrà quan el driver
estigui alimentat a 5 V i, per tant, en funcionament. La resistència R6 acompanya el led
per reduir el corrent que hi circula.

Figura 40. Led indicador de l’estat del driver acompanyat de la resistència limitadora de corrent

3.2.3.5 Test Points sortides del driver
Es poden analitzar les sortides del driver connectant l’oscil·loscopi als test points i així
visualitzar degudament la forma d’ona PWM a la que s’alimenta cadascun dels motors.

Figura 41.Test points per analitzar alimentació dels motors.

3.2.3.6 Forats subjecció mecànica
La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 4 forats pensats
per subjectar les plaques a l’estructura del robot. Són els components que porten per
nom “Cargol”.

Figura 42. Components per subjecció mecànica de la placa del driver


3.3 Circuit dels sensors
La tercera placa del conjunt és la que conté el circuit dels sensors, l’esquemàtic de la qual
es pot visualitzar a continuació.

Figura 43. Esquemàtic de la placa de sensors.

3.3.1 Combinació sensor IS471F i led OPE5594A
La detecció de la línia blanca es realitza mitjançant la detecció de llum infraroja es reflexa
sobre una superfície blanca, mentre que no ho fa sobre una superfície negra. És necessari
doncs un element emissor d’aquest tipus de llum que no es troba dins l’espectre visible
per l’ull humà i un sensor que sigui capaç de portar a terme la detecció de la llum
reflectida.

L’emissor de llum infraroja escollit és el led OPE5594A el qual emet llum amb una longitud
d’ona de 940 nm. El sensor escollit és el IS471F, el qual presenta la seva màxima
sensibilitat relativa davant de llum que té una longitud d’ona al voltant dels 940 nm, tal i
com mostra la següent figura.


Figura 44. Sensibilitat relativa en funció de la longitud d’ona de la llum incident en el sensor IS471F.

3.3.1.1 Pins i funcionament del sensor
L’integrat IS471F té 4 pins:

Figura 45. Pins de l’integrat IS471F.

 VCC (1): pin d’alimentació. En el nostre cas 5 V.
 Vo (2): pin pel qual es coneixerà si el sensor ha detectat infrarojos reflectits sobre
la línia blanca. La sortida és de tipus digital: 1 o 0.
o “0”: s’ha detectat llum infraroja, és a dir, hi ha línia sota el sensor.
o “1”: no s’ha detectat llum infraroja, en conseqüència, no hi ha línia sota el
sensor.
 GND (3): pin amb nivell de tensió de referència, massa.
 GLout (4): pin sobre el que el mateix IS471F genera un senyal com el que presenta
la figura següent:

Figura 46. Senyal polsant del terminal GLout del IS471F.

Segons el full de característiques, típicament amb una alimentació de 5 V, t w és
aproximadament de 8 μs per un període tp d’uns 130 μs.

Si es té el led emissor d’infrarojos connectat al terminal GLout, s’aconsegueix que el led
només emeti llum mentre el senyal polsant d’aquest terminal es troba a nivell baix i a
més, el sensor únicament realitza el sensat durant el pols de nivell baix. D’aquesta manera
s’aconsegueix sincronitzar l’emissió de la llum infraroja amb el seu sensat.


Figura 47. Combinació LED OPE5594 i sensor IS471F.

Les resistències de 100 Ω R33, R34 i R35 limiten el pas del corrent a través del led infraroig
i mitjançant els potenciòmetres d’1 kΩ s’acaba d’ajustar la quantitat de llum que es
desitja que emetin els leds infrarojos.

3.3.1.2 Indicacions del fabricant
El fabricant especifica que es recomana situar algun condensador de 330 nF entre el
terminal d’alimentació del sensor i massa, per filtrar possibles rissats de tensió que
apareguin a la línia. Els condensadors d’aquest tipus són el C12, C13 i C14 del circuit i
sovint se’ls anomena condensadors de “bypass”.

3.3.2 Inversor Trigger Schmitt 74HC14 i leds testimoni de l’estat dels sensors
Tal i com s’ha explicat, la sortida dels sensors és:

 “0” quan s’ha reflectit llum infraroja sobre la superfície que s’està mostrejant, és a
dir, es té línia blanca davant del sensor.
 “1” quan no s’ha reflectit llum infraroja, per tant, no es té la línia blanca a seguir.

És per aquest motiu que s’ha introduït un integrat 74HC14. Consisteix en un inversor de 6
canals amb el que s’aconsegueixen dos aspectes diferents:

 Invertir el que s’ha dit abans sobre l’estat dels sensors. De forma inconscient les
persones preferim allò que destaca sobre el que passa desapercebut. Un exemple:
el color vermell de les senyals vials. El mateix passa amb els senyals elèctrics:
interessa més un “1” que un “0” per indicar que hi ha línia blanca davant del
sensor. Introduint un inversor a cada sortida dels sensors s’aconsegueix aquest
acondicionament del senyal a llegir. Finalment doncs, per portar a terme la
lectura des del pic:
o “1”→ hi ha línia blanca davant del sensor.
o “0”→ no hi ha línia blanca davant del sensor.

Figura 48. Inversió de les sortides dels sensors mitjançant l’inversor 74HC14.


 Les tres línies de lectura des del pic actuen com senyals d’activació de 3 leds
independents per cada un dels tres sensors. D’aquesta manera permet la
verificació visual de l’estat del sensor sense haver d’utilitzar el multímetre o
l’ordinador per saber-lo. Consisteix en una comoditat afegida per “debugar” més
fàcilment el funcionament del robot. Exemple de funcionament:

Figura 49. Exemple d’ús del 74HC14.

En definitiva:
o Led encès→ hi ha línia blanca davant del sensor associat.
o Led apagat→ no hi ha línia blanca davant del sensor associat.
Cada led l’acompanya una resistència de 560 Ω.

Figura 50. Resta d’inversors per activar leds testimonis.

Les resistències que separen les sortides del 74HC14 del pic de 220 Ω, tenen la funció de
limitar el corrent que pugui circular entre els dos integrats.

L’element que segons l’esquemàtic permet l’alimentació dels leds testimonis i que porta
per nom “jumper leds”, consisteix en un jumper. Aquest serà com el que apareix a la
figura següent.


Figura 51. Jumper d’alimentació dels leds testimonis.

Aquest component permet desconnectar els leds testimonis per reduir el consum de
corrent que aquests produeixen quan el robot funciona correctament i no s’estan fent
probes de funcionament de hardware o software en el que sigui necessari veure
visualment l’estat dels sensors.

3.3.3 Connectors
Connector d’alimentació de la placa de sensors (CON VDD SENSORS)

Connector que permet l’alimentació a 5 V de la placa de sensors.

Figura 52. Connector d’alimentació de la placa de sensors.

Connector lectura estat dels sensors (CON SENSORS IS471)

Aquest connector conté les tres línies que el pic ha de llegir per conèixer l’estats dels
sensors. Són les línies que porten per nom SENSOR_X-PIC. Si la línia conté un “1”, el
sensor corresponent indica que té línia blanca davant seu. Pel contrari, un “0” indicarà
que no té línia blanca.

Figura 53. Connector de lectura de l’estat dels sensors.

3.3.4 Altres
placa dels sensors.

3.3.4.1 Led indicador d’alimentació de la placa de sensors
La seva funció és indicar que la placa de sensors està alimentada. L’acompanya la
resistència R29 de 330 Ω.


Figura 54. Led indicador d’alimentació dels sensors.

3.3.4.2 Condensador a l’entrada de “bypass”
Aquest condensador elimina possibles rissats de tensió que arribin a la placa de sensors
per la línia de 5 V.

Figura 55. Led indicador d’alimentació dels sensors.

3.3.4.3 Test Points línies de lectura des del pic
Punts de test que permet detectar errors o verificar els senyals rebuts en el pic.

Figura 56.Punts de test d’anàlisi línies de lectura del pic.

3.3.4.4 Forats subjecció mecànica
La placa requerirà d’estabilitat mecànica. És per això que s’han introduït 2 forats pensats
per subjectar la placa de sensors a l’estructura del robot. Són els components que porten
per nom “Cargol 11” i “Cargol 12”.

Figura 57. Components per subjecció mecànica de la placa dels sensors

4. Disseny del Layout
Fins ara s’ha descrit la funcionalitat de cadascun dels components que configuren el
circuit esquemàtic del robot. En aquest apartat es presenta el disseny del layout de
cadascuna de les plaques. Es mostraran les vistes TOP i BOTTOM de les plaques de circuit
imprès i imatges que identifiquin els components en les seves posicions finals en les
plaques. Finalment es mostraran les vies que apareixen en el circuit ja que són difícils
d’apreciar a simple vista i en algun cas són imprescindibles pel correcte funcionament del
circuit.

4.1 Layout de la placa de circuit imprès del microcontrolador


4.1.1 Vista TOP de la placa del microcontrolador

Figura 58.Vista TOP de la placa del microcontrolador.

4.1.2 Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador

Figura 59.Vista BOTTOM de la placa del microcontrolador.


4.1.3 Components de la placa del microcontrolador

Figura 60.Vista posició dels components de la placa del microcontrolador.

4.2 Layout de la placa de circuit imprès del controlador dels
motors
4.2.1 Vista TOP de la placa del driver dels motors

Figura 61.Vista TOP de la placa del driver dels motors.


4.2.2 Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors

Figura 62.Vista BOTTOM de la placa del driver dels motors.

4.2.3 Components de la placa del driver dels motors

Figura 63.Vista posició dels components de la placa del driver dels motors.


4.3 Layout de la placa de circuit imprès dels sensors
4.3.1 Vista TOP de la placa de sensors

Figura 64.Vista TOP de la placa de sensors.

4.3.2 Vista BOTTOM de la placa de sensors

Figura 65.Vista BOTTOM de la placa de sensors.

4.3.3 Components de la placa de sensors


Figura 66.Vista posició dels components de la placa de sensors.

4.4 Vies
Les vies són canvis de cara de la placa enmig d’una pista. A vegades són necessàries per
permetre una major comoditat en el moment de fer soldadures. És important no oblidar-
se’n cap. A més es recomana soldar primer de tot les vies de la placa i procedir a soldar
la resta d’elements segons la seva alçada en la placa: de més baixa altura a més alta
altura. A continuació es mostren les imatges que indiquen amb cercles vermells les
posicions de les vies.

4.4.1 Vies de la placa del microcontrolador

Figura 67.Posició de les vies de la placa del microcontrolador.


4.4.2 Vies de la placa del controlador dels motors

Figura 68.Posició de les vies de la placa del driver dels motors.

4.4.3 Vies de la placa de sensors

Figura 69.Posició de les vies de la placa de sensors.


5. Conclusions
En aquest treball s’ha descrit la fase de disseny del hardware electrònic que incorpora el
robot base del “Taller de robòtica mòbil”. Aquesta fase integra el circuit esquemàtic i el
disseny del layout de les plaques pcb. Es pretén que els alumnes que participen en el
taller i no tenen gaires coneixements d’electrònica pel cas que sigui, puguin entendre el
perquè de cada component i la seva funció dins del circuit. A més també s’intenta que
l’alumne es familiaritzi amb el programari ORCAD que permet el traçat d’esquemes
electrònics i el posterior disseny de les plaques. A continuació l’alumne haurà de soldar els
components, part de les més pràctiques alhora de construir el robot on sovint veurà que
l’habilitat manual també és important en l’enginyeria. Finalment haurà de comprovar tot
el que s’ha descrit en aquesta memòria per tal de detectar els errors el més aviat possible
abans de passar a fases posteriors, com poden ser la programació del pic, debugació del
codi i les proves a la pista.

Guia per l'alumne TRM ETSE URV

Empfohlen

Empfohlen

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

Was ist angesagt? (19)

Andere mochten auch

Andere mochten auch (20)

Ähnlich wie Guia per l'alumne TRM ETSE URV

Ähnlich wie Guia per l'alumne TRM ETSE URV (20)

Guia per l'alumne TRM ETSE URV