Tutoriales
 

Creando nuestro robot móvil

3.- Sistema electrónico

Nuestro sistema electrónico lo podemos dividir en dos partes fundamentales, el primero de ellos en la alimentación de todos los dispositivos y el segundo en el control de la plataforma mediante un microcontrolador de microchip 18F4550.

3.1 Alimentación 

El consumo lo podemos definir como la potencia que consume uno o varios aparatos y determina el tiempo de duración que nuestra plataforma móvil puede permanecer encendida de forma autónoma sin la necesidad de usar un cable umbilical.

Es por ello que cuanta más capacidad tengas nuestras baterías y/o fuentes de alimentación más tiempo tardarán en agotarse, es por ello conveniente realizar un pequeño estudio individual del consumo de los aparatos y de la duración de todas y cada una de las fuentes de alimentación de forma individual.

Se podría usar la batería del portátil para alimentar toda la interface y los encoders pero se decidió que no era buena idea pues en un futuro en dicha placa se podría poner servos o pequeños motores que harían que el consumo del portátil se disparase.

Otra opción era sacar la alimentación de la interface directamente de las baterías de los motores, pero teniendo en cuenta que circulan intensidades y picos muy altos de intensidad y de tensión debido al alto consumo del motor, podría ocasionar en el menor de los casos un malo funcionamiento de la interface o en el peor de los casos quemar algunos componentes.

Así pues se decidió ponerle una alimentación a parte para así asegurarnos que no haya corrientes de fuga y la posible alimentación de aparatos de mayor consumo.

3.1.1 Batería del coche

Las baterías del coche son exclusivamente para los motores, sus características son:

Tensión de alimentación: 6V
Capacidad: 12A/h
Intensidad inicial: 3.6A max

Al estar las baterías puestas en paralelo las intensidades se suman, dando como intensidad máxima inicial de 7.2A y una capacidad de 24A/h. Si tenemos en cuenta que los motores trabajasen a máximo rendimiento sin parar, teniendo éstos un consumo de 2A cada uno:

Consumo motores: 2 x 2A = 4A
Capacidad: 24A/h

Duración teórica de las baterías: (24 A/h) / (4 A) = 6 horas  de duración

Teniendo en cuenta que los motores tienen mayores consumos cuando sufren variación de velocidad y aún más cuando se cambia el sentido de giro, podemos decir que una duración estimada es de aproximadamente unas 3 horas.

Una vez descargada la batería, para recargarla habrá que usar el cargador de Famosa, para ello se conectará éste a la red eléctrica y a la batería del coche, el tiempo de duración de la carga de la batería se recomienda que no exceda de 8 horas, pudiendo ser ésta entre seis u ocho horas.

Si no vamos a usar la plataforma durante un periodo prolongado, se recomienda dejar las baterías cargadas al máximo, recomendando recargarlas cada 3 meses aunque este no se use para mantener el buen estado de las baterías.


Batería del coche

 

3.1.2 Baterías Ni-Cd

La batería de Ni-CD es de 7.2V y ofrece una capacidad de 1800mA, a continuación presentamos la carga de consumo que tendrá la batería de 1.8A de 7.2V.

1 x Etapa de Potencia ->10mA
2 x Encoders -> 10mA
1 x Interface Alimentación externa sin nada -> 30mA

Total: 50mA


Batería de Ni-Cd

3.1.2 Baterías del portátil

La salida USB del portátil es el encargado de alimentar el módulo FTDI, el PIC y el LCD, obteniendo los siguientes datos:

1 x Entrada USB sin LCD -> 20mA
1 x LCD sólo iluminación -> 20mA

Total: 40mA


Batería portátil

Si tenemos en cuenta que el consumo del portátil depende de su uso y que 40mA es un consumo muy pequeño en comparación con el consumo del portátil, podemos decir que las baterías durarán exactamente igual que si no estuviese conectado la placa interface usb.

La duración de la batería del portátil viene dada por el fabricante y esta depende especialmente del uso de la tarjeta gráfica y de los dispositivos externos, además del brillo de la pantalla.

3.2 Control

El núcleo de nuestra interface es el microcontrolador, el cual tiene que ser capaz de interactuar con el medio exterior y de hacer procesos tanto booleanos como matemáticos en su interior mediante la incorporación de un programa que realizaremos para nuestro propósito.

3.2.1 Microchip 18F4550

3.2.1.1 Motivo de la elección:

Partiendo sobre todo que es un micro ampliamente utilizado como un microcontrolador “estandar” debido a sus innumerables características y potencia, hay que decir que tiene incluido una memoria Flash USB y control de flujo de datos. Soporta USB low speed (1.5Mb/s) y  full speed (12Mb/s) y USB V2.0, el cual es un atractivo complemento el poder incorporar por si mismo una interfaz USB.

También uno de los motivos de si elección es poder ser programado mediante lenguaje C, lo que le hace en general un dispositivo muy atractivo tanto por sus posibilidades como su fácil programación.

3.2.1.2 Características:

3.2.1.2.1 Características generales:

El PIC 18F4550 se caracteriza por:

Memoria Flash: 32Kbytes
Máximo número de instrucciones simples: 16384
Memoria SRAM:  2048 bytes
Memoria EEPROM: 256 bytes
Entradas / Salidas: 35
Número de entradas A/D: 13
Número de CCP: 1
Número de ECCP: 1
Soporta SPP: Si
Soporta SPI: Si
Soporta master I2C: Si
Número de EAUSART: 1
Número de comparadores: 2
Número de temporizadores de 8 bits: 1
Número de temporizadores de 16 bits: 3
Universal Serial Bus (USB) module:  Si

Como hemos podido observar en sus principales características destaca sobre todo su gran diversidad, con lo que podemos implementar muchas aplicaciones con tan sólo tener una buena distribución de sus entradas y salidas.


Diagrama de pines PIC18F4550


Diagrama de bloques PIC18F4550

Microchip distribuye de forma general dos tipos de micros dependiendo del voltaje de alimentación:

Clase F: Voltaje típico (4.2 V a 5.5V)
Clase LF: Bajo voltaje (2.0 V a 5.5V)

Estos son exactamente iguales sólo que los micros de clase LF puedes ser usados con la nueva alimentación de 3.3V que actualmente y poco a poco se está imponiendo a los típicos 5V.

3.2.1.2.2 Interrupción:

Las interrupciones son tareas programas que el micro realiza cuando el flanco de interrupción se activa, con lo que el micro deja el programa principal y accede a una parte reservada de la memoria que se llama rutina de interrupción, donde una vez acabada la rutina de interrupción, se baja el flan de interrupción que lo ha provocado y el micro continua el programa principal donde lo había dejado antes de ir a la rutina de interrupción.

Las interrupciones en el micro pueden darse de varios tipos:

Interrupciones externas.
Interrupciones por desbordamiento del contador.
Interrupciones de EUSART.
Interrupciones USB.
Interrupciones del CAD.
Interrupciones por periféricos externos.

El micro puede tener varias interrupciones programadas a la vez, pero hay que tener en cuenta que una vez entra en una rutina de interrupción, el micro no puede acceder a otra interrupción hasta que la rutina de interrupción que se está ejecutando finalice. En el caso de que saltasen a la vez 2 o más interrupciones, el micro accedería aleatoriamente a una de ellas, es por ello que suele darse prioridad a las interrupciones si tenemos alguna rutina de interrupción más importantes que otras.

3.2.1.2.3 Temporizador:

Los temporizadores son contadores que al activarlos empiezan una cuenta y cuando esta cuenta se acaba se activa el flan de interrupción por el temporizador, entrando el micro en la rutina de interrupción del temporizador.

El PIC18F4550 tiene 4 temporizadores, de los cuales 1 de ellos es de 8 bits y el resto de una precisión de 16 bits.


Diagrama de bloques Timer0 de 8 bits

Existe la posibilidad de activar un preescaler en los temporizadores de forma que se pueda “alargar” la duración del temporizador, dependiendo del temporizador puede ser de 2,4,8 e incluso 16.


Diagrama de bloques Timer1 de 16 bits

Resolución de los temporizadores:

            Timer0 -> Temporizador configurable de 8 ó 16 bits.
            Timer1 -> Temporizador de 16 bits.
            Timer2 -> Temporizador de 8 bits.
            Timer3 -> Temporizador de 16 bits.

3.2.1.2.4 Convertidor analógico/digital:

Microchip PIC18F4550 contiene 13 convertidores analógicos digitales, los cuales pueden ser seleccionados en modos de resolución de 8 ó 10 bits, para ello antes habrá que configurar las entradas en modo CAD, pues ya que estas están por defecto como I/O.


Diagrama de bloques A/D

Otra de sus características es que tiene dos patillas de referencia donde podemos dar la tensión de referencia para todas o algunas de las entradas del CAD.

Otra posibilidad es configurar el tiempo de adquisición de datos, pues tiene un registro habilitado especialmente pare ello ya que en algunas ocasiones hay que esperar al interruptor de muestro se cierre y que el condensador (Chold) se descargue para poder hacer otra adquisición.


Modelo de entrada analógica

Se recomienda que la máxima resistencia de entrada (Rs) sea de 2.5K, pues sino la conversión no sería del todo fiable, por lo que habría que hacer una adaptación de impedancias entre las partes.

 
 



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