TPR 3ºESO. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz TEMA 5: ROBÓTICA

Transcripción

1 TEMA 5: ROBÓTICA La robótica es la rama de la tecnología que se dedica al diseño y construcción de robots, Un robot es una máquina formada por sensores y actuadores controlados por un ordenador y programada para moverse y realizar diferentes tareas. 1. Partes de un robot: Estructura: es el cuerpo o carcasa del robot donde se alojan sus componentes. Actuadores: motores y mecanismos, para el movimiento del robot. Sensores: son los sentidos del robot. Capturan la información acerca del mundo que rodea al robot. Son circuitos electrónicos que mediante sensores detectan la posición, velocidad, temperatura, luz, etc. Sistemas de control: son placas o tarjetas controladoras que se programan (software) para que tomen las decisiones de actuación del robot. Sensor Control Actuador 2. Control de un robot: Los robots se controlan mediante circuitos electrónicos analógicos y digitales, y programación mediante ordenador. La electrónica se divide en dos grupos: electrónica analógica y electrónica digital. En la electrónica analógica los valores de tensión e intensidad pueden tomar muchos valores, de forma que los sensores y receptores pueden comportarse de diferentes maneras (diferentes velocidades de un motor, sensor que detecta diferentes temperaturas, ). En la electrónica digital la información se da en forma binaria (0 y 1) y sólo hay dos valores de tensión: HIGH (5V, 1 binario, ON, pasa corriente) LOW (0V, 0 binario, OFF, no pasa corriente). En un robot los sensores toman información del exterior mediante circuitos electrónicos y la mandan a la tarjeta controladora. La tarjeta procesa la información y manda las ordenes de actuar a los actuadores. La tarjeta tiene que ser previamente programada mediante el ordenador. SENSORES: Sensor de luz,sensor de Tª, Pulsador,... ACTUADORES: MOTOR, Lámpara, Zumbador,... CIRCUITOS ELECTRÓNICOS TARJETA CONTROLADORA PROGRAMACIÓN ORDENADOR 1

2 La tarjeta controladora o microcontrolador es un miniordenador o chip programable que lleva una memoria interna y en la que se pueden conectar los sensores y actuadores de nuestro robot. Este microcontrolador se programa mediante un ordenador a través de un software de programación. Nosotros utilizaremos la tarjeta controladora Arduino. PIN de tierra GND Reset Entradas y Salidas Digitales PIN 0-13 Conector USB Microcontrolador Conector para pila 6-12 V Tensión + = PIN 5V PIN de tierra GND = Tensión - PINES de alimentación Pines de alimentación: proporcionan la corriente continua necesaria para que funcionen los sensores y actuadores (motores,...) Pin de alimentación positiva a 5 V Pines de alimentación negativa o tierra o GND a 0 V. 14 pines para entradas/salidas digitales (pines del 0-13). Trabajan con valores binarios (1 ó 0): "1" corresponde a 5V (ENCENDIDO) y "0" corresponde a 0V (APAGADO). Se prefiere no utilizar los pines 0 y 1, para no equivocarnos con los valores lógicos binarios 0 y 1 Es necesario conectar la placa mediante USB para cargar los programas. Después se puede desconectar el USB y alimentar la placa mediante una pila o fuente de alimentación. 3. Entorno software Primero debemos seleccionar el tipo de dispositivo (Placa ó Board). Para ello pulsaremos en el menú "Herramientas" - "Placa" y seleccionaremos "Arduino Uno" (o el que hayamos adquirido). Seleccionaremos también el puerto serie asignado al controlador de Arduino (en nuestro caso COM3), para ello accederemos al menú "Herramientas" - "Puerto" - "COM3" 2

3 Compilar Cargar a la placa Nuevo Abrir Guardar Abrir el monitor puerto serie TPR 3ºESO. Departamento de Tecnología. IES Nuestra Señora de la Almudena Mª Jesús Saiz Zona para escribir el código Zona de mensajes del software. Errores y acciones Verificar/Compilar. Chequea el código, identificando los errores. Cargar a la placa: Descarga el programa compilado desde el PC hasta la tarjeta arduino. Nuevo: crea un nuevo proyecto Abrir proyectos previamente guardados y también muestra los proyectos de ejemplos. Guarda el proyecto actual dentro de la carpeta Mis documentos /Arduino/sketchbook/. Se puede guardarlo con un nombre distinto mediante el menú Archivo Guardar como. Realiza el monitoreo del puerto serial, abre una pantalla y muestra o visualiza los datos enviados desde la tarjeta Arduino. 4. Estructura básica de un programa La estructura de programación de Arduino divide el programa en tres partes: definición de variables. setup y loop Lo primero será crear y definir las variables mediante el comando int. Tenemos que dar nombre a la variable e indicar el lugar o pin donde van. int ledverde = 7; (le damos el nombre ledverde y lo colocamos en el pin 7) Se prefiere no utilizar los pines 0 y 1, para no equivocarnos con los valores lógicos binarios 0 y 1 En la función se configuran los pines digitales como de SALIDA o ENTRADA de información a la placa.. Para ello usamos la función pinmode y la instrucción OUTPUT o INPUT. Se trata de la primera función que se ejecuta en el programa. pinmode(ledverde, OUTPUT); (establece el led del pin7 como salida) La función incluye el programa o código que debe ser ejecutado continuamente. Es un bucle que se ejecuta continuamente después de ejecutarse el void setup. 1ª 2ª 3ª int ledverde = 12; //Pin donde va el led pinmode(ledverde, OUTPUT);//Establece 'pin 12' como salida digitalwrite(ledverde, HIGH); // Enciende el led // Pausa un segundo digitalwrite(ledverde, LOW); // Apaga el led // Pausa un segundo 3

4 Marcas de puntuación: Las llaves. Se usan para indicar el principio y final de una función. Los paréntesis ( ) se utilizan para escribir funciones dentro de nuestros programas. Cada instrucción debe acabar con ; Los comentarios se indican con //. Se pueden introducir bloques de comentarios con //.... Los comentarios no son obligatorios. 5. Datos, variables y funciones HIGH. Define el valor de entrada o salida del pin como ON (5 V o 1 en binario) LOW. Define el valor de entrada o salida del pin como OFF (0 V o 0 en binario) Función pinmode(pin, mode) Función usada dentro de la función setup() para configurar como un pin debe comportarse, como entrada de información o salida de información a la placa Arduino (INPUT o OUTPUT).); Ej. pinmode(ledpin, OUTPUT); // configura el ledpin como de salida. INPUT. Se utiliza en la función pinmode() para definir la función del pin digital usado como entrada de datos (ej: pulsadores, sensores) OUTPUT. Se utiliza en la función pinmode() para definir la función del pin digital usado como salida de datos (ej: leds, motores) Ej. pinmode (ledpin, OUTPUT); Funcion digitalwrite (pin, valor) Introduce un valor (HIGH) o (LOW) en el pin digital especificado.. Ej. digitalwrite (ledpin, HIGH); Función digitalread(pin) Lee el valor desde un pin digital específico. Devuelve un valor HIGH o LOW. El valor leído debemos almacenarlo en una variable Ej. v = digitalread (ledpin); Delay (ms). Realiza una pausa en el programa la cantidad de tiempo va en milisegundos Ej delay(5000); // Pausa 5 segundos if (condición SI): Comprueba si una condición se cumple. La función se escribe entre llaves if (x > 120) digitalwrite (ledpin, HIGH); Puede utilizarse con uno o más operadores de comparación: == igual que!= diferente que < menor que > mayor que <= menor o igual que >= mayor o igual que if else: SI..SINO 6. Ejercicios 1.- Encender un led de forma intermitente if (x > 120) digitalwrite (ledpin, HIGH); else digitalwrite (ledpin, LOW); int ledrojo = 7; // LED que se conecta al pin 7 pinmode(ledrojo, OUTPUT); digitalwrite(ledrojo, HIGH); digitalwrite(ledrojo, LOW); // El p1n 7 será una salida digital // Enciende el LED // Pausa de 1 segundo // Apaga el LED // Pausa de 1 segundo 4

5 ESQUEMA El LED debe llevar una resistencia de protección de 100 o 220 Ω. Recuerda que el led tiene polaridad y la patilla corta debe ir a negativo La corriente + se la proporciona el pin de Arduino y el circuito cierra en o GND 2.- Encendido secuencial de 3 leds: encender 3 leds (V,R y A) de forma secuencial (primero un led rojo 2 segundos, luego el led amarillo 2 segundos y luego se enciende el led verde durante 4 segundos), se apagan los 3 leds y el programa vuelve a comenzar 3.- Encendido alternativo de 3 leds (semáforo): encender 3 leds de forma alternativa. El led Amarillo debe permanecer menos tiempo encendido que el verde y rojo. (V-A-R) 4.- Encendido de un led durante 5 segundos al accionar un pulsador int led = 7; // LED que se conecta al pin 7 int pulsador = 2; // PULSADOR que se conecta al pin 2 int valorpulsador = 0; // Creamos la variable "VALOR del pulsador", que comenzará su valoe en 0 pinmode(led, OUTPUT); pinmode(pulsador, INPUT); // El p1n 7 será una salida digital // El p1n 2 será una entrada digital valorpulsador=digitalread (pulsador); if (valorpulsador == HIGH) digitalwrite(led, HIGH); delay(5000); digitalwrite(led, LOW); // Si se activa el pulsador // Enciende el LED // Pausa de 5 segundos // Apaga el LED ESQUEMA Minipulsador CI 4 patas La conexión del pulsador debe hacerse conectando solo 2 patas y en diagonal 5

6 ESQUEMA Conexión a 5V y GND El pulsador debe llevar una resistencia de 10 K antes de llegar a negativo o GND 5.- Sensores de proximidad PIR (infrarrojos) Encender un led cuando el sensor detecte algo cerca. El azul de IR emite luz y cuando choca con algo, la luz rebota y el fototransistor blanco la recibe y se activa (HIGH) int ir = 2; int led = 8; int irvalor =0; pinmode(led, OUTPUT); pinmode (ir, INPUT); irvalor= digitalread (ir); if (irvalor == HIGH) digitalwrite(led, HIGH); delay(2000); else digitalwrite(ledpin, LOW); //Creamos la variable "VALOR del sensor ir", que comenzará en 0 El sensor de IR no necesita resistencia de protección. Lleva 3 patillas: V cc se conecta a 5V, GND se conecta a tierra y OUT es la patilla que irá al pin de arduino que transmita la señal. El sensor formado por led IR y fototransistor deben llevar resistencias de protección de 100Ω y 10 K respectivamente antes de llegar a GND. V+ GND GND V+ 6 V+ OUT GND

7 6.- Encendido de un led rojo y un zumbador cuando alguien se acerca. Si no hay nadie se encenderá un led verde 6.- Mover un servomotor al detectar proximidad con un sensor de IR Los servomotores son motores de CC que pueden girar entre 0 y 180º normalmente. Llevan tres cables: - alimentación a 5V (rojo), - GND o negativo (que puede ser negro o marrón) - Señal (que puede ser blanco o naranja o amarillo) y se conecta a un pin digital de Arduino. Cuando programamos con arduino debemos incluir una librería llamada servo.h. Y creamos un objeto Servo con el nombre que queramos dar a nuestro motor. #include <Servo.h> //incluye una librería para mover servos Servo motor1; //crea un objeto Servo llamado motor1 int ir = 2; //coloca el sensor ir en el pin 2 int valorir=0; // crea la variable valorir y la inicia en 0 motor1.attach(8); //coloca el servo en el pin 8 pinmode(ir, INPUT); //define el pin del sensor ir como de entrada valorir = digitalread (ir); if (valorir == HIGH) motor1.write(180); delay(2000); else motor1.write(0); 7.- PROYECTO: Puerta corredera y semáforo //el motor gira 180º en un sentido //el motor gira -180º y se coloca en la posición inicial Crea un programa para tu proyecto de taller que: Al inicio encienda un semáforo en rojo. Cuando alguien se acerca el semáforo cambia a amarillo y la puerta se abre. La puerta permanece abierta 5 segundos y mientras el semáforo estará en verde. El semáforo cambia a rojo y la puerta se cierra 7