ROBOTS-brujula digital II parte

BRUJULA DIGITAL 1490

figura 1

Este circuito para navegación con brújula digital puede ser usado en la fabricación de un robot móvil, o una brújula digital controlada por computadora.
El circuito de la figura 1 puede ser configurado para un gran número de funciones de navegación,. Puede ser hecho como una brújula visual digital simple, o una brújula controlada por microcontrolador. La brújula controlada por microcontrolador puede ser usada para la robótica móvil o en una brújula controlada por computadora.
BRUJULA DIGITAL 1490
El sensor usado en este circuito es la brújula digital 1490 fabricada por la Compañía ROBSON, ver la figura 2. Este sensor es un dispositivo de EFECTO HALL de estado sólido. Es lo bastante sensible como para sensar el débil campo magnético de la Tierra. Cuando gira puede mostrar sobre una brújula la posición de los cuatro puntos cardinales, el Norte (N), Sur (S), Este (E) y el Oeste (W). Así como las direcciones intermedias: El Nor Este (NE), Nor Oeste (NW), Sur Este (SE), y el Sur Oeste (SW), ver la figura 3.

FIGURA 2

FIGURA 3

El sensor es amortiguado para simular el comportamiento de una brújula normal sumergida en líquido. La amortiguación impide que la brújula oscile. Además el circuito incorporado de HYSTERESIS, evita las vibraciones cuando se aproxima a una dirección de conmutación. El dispositivo 1490 es muy sensible a la inclinación. Cualquier inclinación mayor que 12 grados creará errores direccionales. En la parte inferior del dispositivo hay 12 pines arreglados en cuatro grupos de tres. Tomando como referencia la vista del dispositivo desde la parte superior cada grupo de pines están etiquetados 1, 2 y 3. Los pines etiquetados 1 están conectados al Vcc (+5V). Los pines 2 están conectados a tierra. Y los pines 3 son salidas. Los pines de salida del dispositivo son equivalente a un transistor NPN colector abierto, ver la figura 4. Cada salida es capaz de manejar 20 MA continuos o hasta 25 MA en forma intermitente.

FIGURA 4

APLICACIONES
BRUJULA VISUAL

FIGURA 5

El primer circuito de prueba se puede ver en la figura 5, es el circuito más simple que puede ser diseñado usando el dispositivo. El sensor esta dibujado en el diagrama esquemático como si se observara al sensor desde la parte superior y los 12 pines debajo. El circuito usa cuatro LED'S como indicadores. Cada posición cardinal sobre la brújula hace que se encienda un led. Las direcciones intermedias encienden dos LED'S como se muestra en la figura 6. Notar que todos los pines número 2, a tierra están unidos. Así como los pines numero 1 conectados a +5 voltios Vcc. El sensor aceptara voltajes de 5 a 18 voltios. Se puede usar el 7805 para regular a 5 v el voltaje de 9V de la batería. Los LED'S usados en el circuito son rojos tipo micro miniatura que operan con poquísima corriente. Las resistencias de 1 k limitan la corriente de los LED'S a aproximadamente 5 MA

FIGURA 6

FIGURA 7

La figura 6, muestra el circuito completo con los componentes montados y soldados al impreso que se muestra en la figura 7. Q1 es un regulador de voltaje 7805. R1 hasta R4 son resistencias de 1 k, 1/8 w. Los cuatro LED'S miniatura están soldados en las posiciones B0 hasta B4, con el pin positivo de los leds orientado hacia el lado derecho con la tarjeta en la posición que es mostrada en la figura 7. Los Condensadores C3 y C4 son condensadores de 22 uF. 9V el conector de la batería esta conectado en Vin, y finalmente esta un interruptor colocado en la parte baja de la esquina izquierda. La fotografía, de la figura 8, muestra los dos puentes que deben ser soldados, uno de alimentación y uno de tierra a la brújula 1490.

FIGURA 8-PÙENTES

Tener especial atención al interruptor cercano a la brújula, ya que si el metal que lo cubre es ferroso puede interrumpir o inducir efectos aleatorios en el funcionamiento de la brújula.
PRUEBAS Y CALIBRACION
Para calibrar la brújula digital se usara una brújula magnética estándar como patrón.

PROCEDIMIENTO:
Encontrar al Norte con la brújula estándar. Hacer girar el conjunto de la brújula digital de modo que solamente se encienda un led. Usar el led encendido como referencia del Norte. Si el cableado del sensor coincide con el diagrama esquemático las otras 3 series encenderán automáticamente en la secuencia apropiada. Usar el led mas alejado del sensor para el Norte. La brújula digital no tiene una posición definida del Norte Magnético. Se puede denominar como el Norte Magnético a cualquiera de los leds. Girar la brújula en el sentido de las agujas del reloj, esto hará que los LEDS enciendan, en la secuencia mostrada en la tabla 1. En la tabla se escogió que el Norte sea 0001, pero se puede escoger el Norte en cualquiera de las secuencias de encendido, y comenzar desde allí.

La secuencia para la serie mencionada seria: 1 = encendido, 0 = apagado.

Dirección    LED's   Decimal   I/O

Norte          0001      1            15
Nor-Este    0011       3            12
Este            0010       2            13
Sur-Este     0110       6              9
Sur             0100       4            11
Sur-Oeste  1100     12              3
Oeste         1000       8              7
Nor-Oeste 1001       9              6

PROYECTO CON MICROCONTROLADOR
Este modulo ha sido diseñado para ser usado con un microcontrolador de 18-pines. Dos de los microcontroladores compatibles son el 16F84 y el 16F628 de Microchip.
Cuando se usa un microcontrolador se tiene un gran número de opciones. El microcontrolador puede suministrar la información de dirección a un robot móvil o a una PC.


CONSTRUCCION DE LA TARJETA PARA MICROCONTROLADOR
Solo se necesita agregar una pequeña cantidad de componentes adicionales a la brújula visual para implementarla a un microcontrolador.
Colocar y soldar R5, una resistencia de 4.7K. Los Condensadores C1 y C2 son 22 pF con un cristal de 4 MHz entre ellos. Colocar y soldar una base IC de 18 pines. El consumo de energía es por lo general una consideración importante cuando se diseña circuitos para robots móviles, por lo que el modulo tiene funciones de ahorro de energía que pueden ser incorporados en el circuito.

FIGURA 9

En la figura 9 simplemente se añade un microcontrolador al diagrama esquemático. Los cuatro pines de salida (pines No 3) de la brújula son leídos por las cuatro líneas de I/O del microcontrolador. Este diagrama esquemático permite la indicación visual del estado de la brújula así como la lectura por el microcontrolador. El microcontrolador lee las 4 líneas y produce un número de 4 bits basado en el estado de los pines de salida. En la tabla 1 se muestra el número equivalente en la columna de entrada – salida (I/O READ). Este número puede ser enviado en forma serial a través de una línea de I/O. La razón de que el numero decimal equivalente que se ve en los leds no es el mismo que el número de la columna I/O, es porque el microcontrolador lee la lógica sobre las líneas en forma opuesta a la indicación visual de los LED'S. Mirando el diagrama esquemático, de la figura 9, cuando el cátodo del led está en 5 voltios, el led esta apagado. El microcontrolador ve esta línea del led como un 1 binario (1 lógico). Cuando la línea es activada por la brújula, la línea cae a cero (tierra), lo que hace que el led se encienda. El microcontrolador ahora ve esta línea como un 0 binario (0 lógico).


Dirección   LED's  Decimal  I/O

Norte          0001       1       15
Nor-Este     0011       3       12
Este             0010       2       13
Sur-Este      0110       6         9
Sur              0100       4       11
Sur-Oeste   1100      12        3
Oeste          1000        8        7
Nor-Oeste  1001        9        6

El número que el microcontrolador ve, es enviado en serie por RA2. La información serial puede ser dirigida a otro microcontrolador o una PC. La CPU externa interpretara el número que recibe como una dirección.

TECNICAS DE AHORRO DE ENERGIA

Hay algunas técnicas que se pueden emplear para reducir el consumo de energía.

FIGURA 10

PRIMERA TECNICA.

En la figura 10 se muestra la primera técnica para reducir el consumo de energía. En la tarjeta cambiar el puente de tierra del pin central y el izquierdo al pin central y el derecho. Esto conecta la tierra al pin RB4 del Microcontrolador. Ahora añadir un puente entre RB4 Y RB5, ver la figura 11.

Para tomar las lecturas de la brújula, ahora el microcontrolador suministra la alimentación a la brújula poniendo a tierra los pines RB4 y RB5. Cuando se termina la lectura, el microcontrolador quita la alimentación a la brújula poniendo las líneas RB4 y RB5 a +5V. Usando este procedimiento, el consumo máximo sólo es habilitado cuando se toman las lecturas de la brújula que pueden ser realizadas en unos milisegundos. Pueden lograrse ahorros adicionales de energía substituyendo el regulador estándar 7805 por uno de mayor eficiencia como el LM2936. Este regulador de voltaje reduce la corriente de stand by de 5 MA a menos de 1 MA.

FIGURA 11

SEGUNDA TECNICA

La figura 11 incorpora la primera opción de reducción de energía. En este circuito se han quitado los LEDS que proporcionan la indicación visual y se han reemplazado por puentes. Las resistencias de 1K (R1, R2, R3 y R4) son reemplazadas por resistencias de 10 k. La energía máxima requerida para la sección de visualización varía entre 5 MA y 10 MA, dependiendo si 1 o 2 LEDS fueron encendidos. Esta técnica reduce la energía para esta sección a un máximo de 1 MA. al suprimirlos. El circuito completo se muestra en la figura 12.

FIGURA 12