Como construir una sonda de exploracion
El objetivo será construir una sonda de exploración autónoma desde el punto de vista energético (mediante energía solar), capaz de detectar obstáculos (mediante sensores de ultrasonido) y que transmita en vivo las imagenes que capture (a través de internet).
Cómo verán es un gran desafío que incluirá varias etapas, hoy comenzaremos con los conceptos básicos (que luego de todos los correos que recibí, entendí que esta etapa faltó en el tutorial anterior), los invito a animarse a construir este pequeño mounstrito robotín siguiendo este entretenido tutorial después del salto.
Cómo construir una sonda de exploración
Tal cómo les comentaba en la introducción, en este tutorial aprenderemos algunos conceptos básicos de robótica orientados a la construcción de nuestra sonda, y tal cómo siempre les hemos indicado, no somos expertos en esta materia, sin embargo, nos gusta mucho lo que hacemos y esperamos todos sus aportes y observaciones.
La pieza fundamental de este robot (así cómo de la mayoría), es el microcontrolador que procesa las tareas… ¿micro que?
¿Qué es un microcontrolador?
Todo el mundo sabe cómo es un computador físicamente, un monitor, una CPU, teclado, mouse, etc., son equipos diseñados para interactuar con seres humanos, que le faciliten la tarea de manejar bases de datos, generar análisis financieros y otras actividades, todo alojado en una memoria, un disco duro, sin embargo, el verdadero “cómputo” tiene lugar dentro de la CPU, y realmente estamos invadidos llenos de unidades de computo en todos lados. Están en los autos, en los secadores de pelo, o inclusive en algunos juguetes, estos dispositivos contienen microcontroladores (micro=pequeños, controlador), que administran acciones, tareas, o inclusive otros controladores.
Basic Stamp 2
Los microcontroladores están compuestos de 3 partes: procesador, memoria y unidades de E/S (entrada y salida), en otras palabras, son un pequeño computador que podemos programar y configurar para construir lo que queramos, ¡nuestra imaginación es el límite!.
Si bien existen muchos controlares, en nuestros tutoriales usaremos el microcontrolador Basic Stamp, un conjunto de circuitos, ensamblados en una pequeña plaqueta de circuito impreso (PCB).
La escritura de programas para este dispositivo se realiza con una versión especial del lenguaje BASIC, denominado PBASIC, que es bastante intuitivo y sencillo, permitiendo a algunos no-informáticos (cómo yo) a crear singulares sistemas electrónicos en cuestión de minutos, no obstante, es importante recalcar que no sólo se pueden crear cosas simples, en la actualidad existen muchos productos comerciales creados con este tipo de microcontrolador cómo “cerebro”.
El cerebro es una buen referente para entender cómo opera un microcontrolador, debido a que necesita de información para tomar decisiones, obtenida mediante sensores (vista, oído, tacto, etc.), ejemplo: Van caminando y sus ojos detectan una pared, su cerebro analiza esta “entrada” y toma la decisión de moverse, “emitiendo” una instrucción a sus piernas y pies para que cambien el rumbo, esta entrada/decisión/salida es cómo podemos resumir un microntrolador.
En la imagen que vemos a continuación, podemos apreciar que nuestro Basic Stamp se puede integrar con muchos otros dispositivos:
Descripción de la foto:
1. Placa electrónica Basic Stamp.
2. Protoboard: Para no trabajar directamente en el microcontrolador, la placa electrónica Basic Stamp incluye una placa de pruebas, también conocida como protoboard o breadboard, es una placa de uso genérico reutilizable, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos sin soldadura. Conectado internamente con nuestro microcontrolador, de esta forma podemos realizar diversos ejercicios.
3. Conexión RS232: Este cable nos permite conectar el microcontrolador al computador y traspasar nuestros programas mediante PBASIC:
4. Energía: Todo dispositivo electrónica necesita energía, el nuestro requiere cómo mínimo 6 volt (por ejemplo: 4 baterías AA de 1,5 V cada una).
5. Piezoeléctrico: ¿Han escuchado un pequeño pito cuando encienden su computador de escritorio?, bueno eso es un piezoeléctrico, un pequeño “parlante” que emite una señal cada vez que recibe un impulso eléctrico.
6. Emisor infrarrojo: A modo de ejemplo he incluido en esta imagen un sensor infrarrojo para aprender un poco del funcionamiento de estos dispositivos, la imagen marcada con el número 6 presenta un emisor infrarrojo, un LED responsable de generar una luz que se proyecta en el espacio.
7. Receptor infrarrojo: El dispositivo destacado con el número 7 es el receptor, recibe el rebote de la luz emitida por el LED, y de esta forma puede identificar si existen obstáculos.
8. Resistencia: En Cómo Lo Hago ya hemos hablado de resistencias, el objetivo de incluir una en la imagen es explicarles que cada sensor requiere de una cantidad definida de energía, así como también de resistencias y condensadores según corresponda (todos los circuitos serán detallados en cada ejercicio).
Ejercicio 1: Cómo encender un led.
Nuestro primer ejercicio será encender un led, para ello necesitamos:
1 Basic Stamp
1 Cable de conexión RS232 para conectar el computador
1 Led
1 Resistencia de 180 ohms
Circuito de conexión (formal):
A continuación presentamos el diagrama formal para entender la conexión del led.
Circuito CLH’s Style:
Cómo les explicamos al principio, nosotros no somos expertos, por lo tanto a continuación les presentamos un diagrama de cómo se vería la conexión en la protoboard:
Para identificar correctamente que lado del led corresponde a que polo, a continuación les dejamos un dibujo que sin duda les será de gran ayuda (nunca olviden la pata más larga = +)
Algoritmo
Finalmente ejecutamos el siguiente algoritmo mediante PBasic:
Inicio ‘ damos inicio al programa
High 14 ‘ activamos una señal eléctrica alta mediante el PIN14 del BS2
Pause 500 ‘ Esperamos 500 milisegundos (medio segundo)
Low 14 ‘ activamos una señal eléctrica baja mediante el PIN14 del BS2
Pause 500 ‘ Esperamos 500 milisegundos (medio segundo)
goto inicio ‘ volvemos al inicio (loop)
Ahora utilizaremos un panel solar, con el fin de brindar autonomía a nuestra sonda, para comenzar es importante repasar brevemente nuestros conocimiento de energía renovable, específicamente es clave saber que existen 2 tipos de paneles solares (realmente existen más, pero habitualmente en el mercado podemos encontrar sólo 2), el primero se denomina colector solar, y cómo pueden ver en la siguiente imagen es utilizado para producir agua caliente (genera un gran ahorro, así como también, permite contar con agua caliente en zona menos urbanas, donde realmente sería muy complejo instalar una red de gas o calderas eléctricas).
El segundo tipo, y el que usaremos en nuestro proyecto, se denomina panel fotovoltaico y su propósito es generar electricidad. Este tipo de paneles generan electricidad a partir de la luz, y se clasifican entre cristalinos y amorfos (dependiente de su estructura de silicio), y a su vez, en generaciones, siendo la primera generación (de cuatro que existen actualmente), la que domina el mercado por su efectividad y “bajo” costo (es la usaremos nosotros).
En términos prácticos, los fotones (de la radiación solar) activan los semiconductores (generalmente silicio) y de esta forma los electrones saltan de un átomo a otro y se obtiene electricidad (es una explicación sencilla, pero si tienen dudas no olviden hacer sus preguntas, esta materia realmente me gusta mucho).
A continuación se describen las características de nuestro panel:
Tensión nominal: 12 V
Potencia máxima: 4W-5W
Intensidad máxima: 28 mA
Longitud: 30 cm
Anchura: 30 cm
Espesor: 2.5mm
Peso 740 gr
Estas características pueden variar, sin emabrgo, recomendamos esta tensión y potencia, ya que nos permite mantener 1 día de autonomía al robot con una carga previa de 8 horas, cabe destacar que pese a que ee día se encuentre nublado, el panel solar reacciona de con los fotones que recibe.
También aclaro que este tipo de paneles genera corriente continua (DC), que utilizaremos para alimentar una batería de plomo, sin embargo, si quisieramos utilizar esta energía para utilizarla en nuestra casa debemos transformarla en corriente alterna (AC) mediante un conversor.
En nuestro caso el panel alimentará una batería de 6 voltios y 4.2 Ah,que cómo pueden ver en la imagen montaremos debajo de nuestro Basic Stamp. En Chile este tipo de paneles solares, así como también la batería, se pueden encontrar en tiendas cómo Casa Royal o en Victronics (esta tienda cuenta además con muchos otros sensores y microcontroladores).
Finalmente, conectamos nuestra batería directamente a los puntos de alimentación del Basic Stamp, y estamos un paso mas cerca de construir nuestra sonda de exploración.
Si el costo del panel solar es muy alto, pueden conectar 4 baterías (pilas) AA y alimentar directamente nuestra tarjeta, cómo vemos en la imagen a continuación:
Espero que les halla gustado y disfrutado del post
