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CENTRO DE CIÊNCIAS
EXATAS E DE TECNOLOGIA ENGENHARIA DE
COMPUTAÇÃO |
Projeto Robô
Autônomo
João Pedro Antunes Fontes, Rodolfo E. Rickli Neto,
Rafael Girotto
1. Projeto Eletro-Mecânico
Utilizamos dois motores, um da marca Sanko (motor 1)
e outro da Mabuchi (motor 2), com uma alimentação de V = 6V.
Nesta etapa do projeto, foram verificados:
1) Velocidade dos motores
O motor 1 apresentou uma velocidade aproximada de v =
0,47m/s, enquanto no motor 2 obtivemos uma velocidade aproximada de v = 0,45m/s.
2) Torque
Os dois motores apresentaram o mesmo torque,
aproximadamente 1,4m.Nf.
3) Escolha das caixas de redução
Como a velocidade dos motores é um tanto
alta para nossos objetivos tivemos que recorrer a utilização de caixas de
redução, as quais fizeram o carrinho andar a uma velocidade média aproximada de
v = 0,02m/s.
4) Sistemas de transmissão
Figura 1: Caixa de redução e motor.
Figura 2: Sistema de transmissão.
Na figura acima é possível verificar a transmissão
utilizada para movimentação das rodas.
5) Consumo previsto dos módulos eletromecânicos do
robô em movimento e em repouso
Não foi possível fazer a medição das
potências dos módulos eletromecânicos devido ao atraso na definição do módulo
empregado.
6) Circuitos eletrônicos de potência
A figura de potencia anterior mostra a etapa de
potência testada, no entanto foram feias modificações como a utilização de um
relé para inversão de fase do motor. Para o controle foram utilizados um
transistor BC548 e um TIP122. O primeiro para controle do relé e o outro para
ligar e desligar o motor.
2. Projeto dos Sensores
Nesta etapa do projeto, foram necessárias tirar
medidas como:
1) Teste de velocidade de resposta esperada
do sensor
Para o teste de resposta utilizamos
um gerador de funções em 600Hz, e utilizamos o osciloscópio para observar o
tempo de subida.
O
tempo medido foi de aproximadamente ts = 70µs.
2) Teste de consumo de energia elétrica esperado do
sensor
Nesta fase foram medidos os valores de corrente sobre
o emissor e o receptor infravermelho tanto com carga e sem carga (recebendo o
sinal ou não).
A corrente do receptor com carga foi I = 680µA com
uma tensão V = 3,2V. A potência neste caso seria de P = 2,2mW. Sem carga no
receptor obtivemos corrente I = 0,01mA com uma tensão de V = 20mV, o que gera
uma potência praticamente nula (P = 0,2µW).
A corrente do emissor com e sem carga medida foi de I
= 17,82mA com uma tensão de alimentação de V = 5V, potência P = 89,10mW.
3) Registro de tamanho esperado do sensor
Os sensores utilizados foram o TIL78 como receptor e
o TIL32 como emissor. Ambos tem 3mm de diâmetro.
Figura 5: Emissor e receptor infravermelho.
4) Circuitos eletrônicos necessários testados
A partir de módulos prontos fornecidos pelo
professor, implementamos o circuito visto na figura abaixo (Figura 3). Abaixo vemos o circuito
implementado para um único sensor (emissor e receptor).
Figura 6: circuito do sensor. Receptor à
esquerda e emissor à direita.
3. Microcontrolador
Foi definido a utilização do microprocessador ATMEL
89C2051 para atender as necessidades do projeto.
1) Definição dos pinos de entrada e saída necessários:
Os pinos de aquisição do sinal dos sensores serão os
da porta P1.0 ate P1.3 (pinos
2) Definição dos recursos necessários:
Para desempenhar suas funções
satisfatoriamente será necessário a utilização da função TIMER do componente
para que quando necessário, o carro não recuar indefinidamente, e sim apenas o
suficiente para o desvio necessário.
3) Definição do clock
necessário para atender os tempos de resposta exigidos:
Foi utilizado um cristal oscilador para
gerar a freqüência de 3,5 MHZ.
4) Definição e avaliação das características elétricas
do módulo do microprocessador do robô.
Através de medições verificamos que o
circuito deverá consumir uma corrente I= 34,6mA com uma tensão V=5V, com isso
obtivemos que a potência média do circuito deve ser de P=173mW.
4. Sistema de Alimentação
A partir da definição do microcontrolador e do módulo
de potência dos motores verificamos necessidade de usar duas tensões, 5V para
alimentação dos CI’s e 6V para alimentação dos motores.
Para conseguirmos estas tensões com a
corrente necessária decidimos usar uma bateria de 9V e dois reguladores de
tensão, LM7805 e LM7806 para gerar 5V e 6V respectivamente.
5. Fluxograma do Software
Colocando o robô diante de precipícios simulando
situações possíveis, foram definidas manobras para que este pudesse contornar
os problemas. Após mapeados os movimentos foi desenvolvida a lógica para a
tomada de decisões a partir de cada situação que os sensores pudessem indicar.
Segue
abaixo o fluxograma:
Figura 10: Fluxograma do software.
Descrição
do Software
O software
desenvolvido começa com inicializações como status dos sensores, status dos
motores (desligados), e configurações do Timer. O programa principal não
possui nenhuma ação, somente espera a ocorrência de interrupções via Timer.
Na rotina de interrupção é feito uma verificação do status dos sensores. Se
acusar mudança na leitura dos sensores, simplesmente verifica qual situação foi
encontrada e coloca na saída o sinal correspondente ao movimento de manobra
definido para a situação encontrada.
A
utilização de interrupção (via Timer) foi adotada, entre outras coisas,
para resolver um problema prático: com a verificação dos sensores em intervalos
de t=0,5s as manobras têm mais precisão e contornamos assim os problemas de
indefinição do nível lógico quando o sensor se aproximava da beirada do
precipício gerando uma comutação muita rápida dos relès, o que gerava erros nas
manobras.
Conclusão
Referências
- Miguel, Afonso Ferreira. Microproc
II. [online] Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.icet.pucpr.br/afonso/Graduacao/MPII/microprocessadoresII.htm.
Arquivo capturado em setembro de 2005.
- Datasheet Relé ML2RC2.
[online] Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.metaltex.com.br/downloads/ML.pdf.
Arquivo capturado em setembro de 2005.
- Datasheet ATMEL 89C2051.
[online] Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0368.pdf.
Arquivo capturado em outubro de 2005.
- Datasheet LM780X.
[online] Disponível na Internet via WWW. URL: http://www.fairchildsemi.com/ds/LM%2FLM7805.pdf.
Arquivo capturado em outubro de 2005.