Construção de um carro elétrico que Irá seguir uma linha previamente traçada.

Transcrição

1 Introdução No mini-projecto 97/98 de sistemas digitais e computadores I pretende-se construir um sistema digital e analógico para controlar um pequeno veiculo eléctrico que irá seguir uma linha de material reflector traçada sobre a superfície em que o veiculo se desloca. Neste sistema é pretendido que o veículo mantenha a sua trajectória. Para isso são usados 2 sensores a que chamaremos os olhos do carro. Através desses olhos o carro irá saber se está ou não na trajectória correcta. Este sistema irá ter uma entrada on/off para suspender o movimento do veículo. O sistema foi projectado tendo em atenção a gestão dos recursos energéticos, por isso o sistema não ira gastar energia caso esta não seja necessária. Usaremos 3 relés, uma para cada olho, que irão controlar o motor da direcção e um para o motor que controla a tracção. Os relés da direcção comutam conforme a direcção que o carro tem que seguir. Objectivos Construção de um carro elétrico que Irá seguir uma linha previamente traçada. Descrição Sensores O veículo irá dispor de três fotodiodos em que um será o da direita, outro o da esquerda e finalmente um irá ser o de referência. O fotodiodo de referência é necessário, porque os fotodiodos têm resistividade variável dependendo da luz que recebem ao longo da pista e em diferentes zonas a luminosidade irá variar. O fotodiodo é por principio uma resistencia variavel que é controlada pela luz, ou seja quanto mais luminosidade receber, mais corrente deixa passar. Os valores de tensão irão ser comparados no comparador de tensão LM339. O fotodiodo de referência irá ser ligado às entradas - e os fotodiodos direita e esquerda serão ligados às entradas + correspondentes. O LM339 coloca a saída a 1 se a entrada + for superior a entrada -, caso a entrada + for inferior a entrada - coloca a saída a 0. A partir deste momento passamos de um sistema analógico para um sistema digital. P.A.L.

2 Para alem das inevitáveis entradas de alimentação GND e VCC a P.A.L. irá dispor de mais quatro entradas que serão esquerda, direita, a tracção e o clock. A entrada Botao recebe o sinal de um botão de pressão. Este botão de pressão vai ser-nos muito útil, porque permite parar ou pôr em andamento o veículo sem ser necessário desligar fisicamente a alimentação. A entrada Esquerda vai receber o valor de saída do LM339 da comparação entre o sensor de referência e o sensor esquerdo. A entrada Direita vai receber o valor de saída do LM339 da comparação entre o sensor de referência e o sensor direita. Quanto a saídas a P.A.L. irá dispor de três saídas que serão a tracção, a SEsquerda e SDireita. Se o valor da saída Sdireita for 1 o carro irá virar para a direita, sendo para isso activo o motor de controlo de direcção que se deslocará para a direita. Caso Sdireita esteja a 0 o motor não irá ser activado para o lado direito. A saída Sdireita não faz sentido funcionar se o carro estiver parado, porque vai estar a funcionar o motor de direcção sem ser necessário, por isso nessas condições o carro não vira. Quando Direita e Esquerda estiverem a 1 o carro não sabe para qual dos lados deve virar, por isso nesta situação Sdireita e Sesquerda ficam a 0 e o carro vai manter a sua trajectória anterior até encontrar novamente a pista. Tabela de verdade Tracao Direita Esquerda Sesquerda Sdireita Mapas de Karnaugh Equação-> Sesquerda=Esquerda*/Direita*/Tracao O funcionamento da saída Sesquerda processa-se de maneira análoga à Sdireita, por isso se Sesquerda estiver a 1 activará o motor de controlo de direcção que irá fazer com que o carro se desloque para a esquerda. Tal como a Sdireita se a Sesquerda estiver a 0 o motor de controlo de direcção não irá ser activado para o lado direito. A saída Sesquerda também não faz sentido funcionar se o carro estiver parado, pelo mesmo motivo atrás referido com a saída Sdireita, por isso o carro não vira.

3 Mapas de Karnaugh Equação-> Sesquerda=/Esquerda*Direita*/Tracao A saída Tracao é do tipo registered, porque como temos o botão ON/OFF precisamos do valor anterior da Tracao, para alterar o valor da Tracao após pressionar o botão. Se o valor da saída Tracao for 0 o carro estará em movimento (desta forma consome menos energia). Tabela de estados Botao Est. Presente da Tracao Est. Seguinte da Tracao Equação-> /Tracao=Tracao:+:Botao

4 Motores Os motores do veículo são do tipo DC (corrente contínua), sendo a sua tensão de alimentação de 1,5 V. As saídas da P.A.L. Sdireita, Sesquerda, vão ser ligadas cada uma delas a um transístor NPN, porque quando for para activar os motores, passe corrente pelas bobines dos relés, fazendo-os comutar e consequentemente activar o motor na direcção desejada. A saída da P.A.L. Tracao funciona de maneira diferente, porque para poupar energia o motor de controlo da tracção, funciona quando a saída Tracao for 0'. No entanto a saída Tracao vai ser também ligada a um transístor NPN. Para minimizar a força contra-electromotriz das bobines dos relés, colocam-se díodos em paralelo com estas,sendo polarizados inversamente. As saídas da P.A.L. não vão ligar directamente aos relés, mas sim vão ser ligadas aos transístores, porque as saídas da P.A.L. não têm capacidade de carga suficiente para os relés comutarem. Alimentação Neste circuito são necessárias dois tipos de alimentação: 1,5 V para os motores e 5 V para o controlo digital. Por isso utilizaremos uma pilha de 1,5 V para os motores e outra de 9 V para o circuito digital. Como a pilha para o circuito digital é de 9 V e este funciona a 5 V, utilizámos um circuito integrado 7805 que vai estabilizar uma tensão de 5 V à saída, colocámos também um condensador entre as saídas para absorver possíveis picos de tensão.

5 Esquemas Fluxograma Interface com os sensores

6 370 k 280 k 37

7 Interface com os motores

8 Esquema geral

9 Material Veículo com motores e fotodíodos Comparador de tensões com saída digital, LM339 3 relés 5VDC 3 Transístores 2N Resistências de 370k e1 de 280k Interruptor on/off PAL22V10 2 Rectificadores pilhas recarregáveis AA de 1,5 V (+box de 2 pilhas) 3 diodos 1 Zif Socket Trabalho de: Filipe Lourenço João Martins Luis Martins Nuno Gomes

10