Fig. 11 · Laboratorio de robótica · Ocho sensores IR que leen midiendo tiempos

Seguidor de líneas QTR-8RC

Arduino Nano

Cargando la figura…

Banco

Aún sin lectura

Posición de la línea (0-7000)

Aún sin lectura

Consumo de corriente

0 mA

Monta y avería

1MontajeSiguiente
Deja la PCB desnuda
Quita todas las piezas de la placa roja. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero los sensores SMD, las resistencias, los condensadores y el MOSFET, y luego el conector.
2
Colocación automática de los componentes SMD y luego reflujo
3
Coloca el conector de 11 pines por detrás
4
Suelda el conector
5
Conecta la barra a la Nano
6
Conecta el TB6612FNG
7
Conecta los motores
8
Conecta la LiPo a VM y GND
9
Mete la tarjeta de prueba bajo la barra
10
Alimenta el banco
11
Carga Tiempos RC en bruto
12
Carga Posición de la línea
13
Carga Seguir la línea
14
Alimenta la barra con 3,3 VAveríala
15
Puentea 3.3V BYPASS con 5 VAveríala
16
Deja una soldadura fría en OUT1Averíala
17
Deja fuera R9Averíala
18
Pon el banco al solAveríala
19
Sube la barra 10 mmAveríala
20
Intercambia los motores izquierdo y derechoAveríala
21
Alimenta los motores con los 5 V de la NanoAveríala
22
Vista despiezada

Averíala a propósito

Cada avería es de las que pillan a quien monta de verdad. Provócala, lee el síntoma en el banco y luego arréglala.

Barra a 3,3 V sin el bypass
tensión incorrecta
Por qué pasa
Síntoma: Todos los sensores leen oscuro, la tarjeta blanca incluida; la posición salta o se queda atascada en el centro.
Cada cadena de LED son dos LED de unos 1,2 V y 141 Ω. Desde 5 V quedan 2,6 V para las resistencias: unos 18 mA. Desde 3,3 V solo 0,9 V: unos 6 mA, un tercio de la luz. Al fototransistor le vuelve tan poco IR que incluso el blanco baja despacio, y tras calibrar a 5 V todo cuenta como negro.
Solución: Alimenta VCC con 5 V. En una placa de 3,3 V, puentea los pads 3.3V BYPASS para que los LED recuperen su corriente.
Bypass puenteado con 5 V
sobrecorriente
Por qué pasa
Síntoma: Los sensores 5 y 6 leen negro sobre la tarjeta blanca y se quedan así; la placa consume unos 220 mA y los LED se calientan.
Los pads del bypass cortocircuitan las dos resistencias de 47 Ω que comparten todas las cadenas. Con 5 V, cada cadena pasa entonces a (5 - 2,4 V) / 47 Ω, unos 55 mA, por encima de los 50 mA que admiten los LED. Los LED van en parejas en serie, así que cuando uno se abre quemado, su pareja se apaga con él.
Solución: Quita el puente de estaño y sustituye los sensores de la pareja quemada. Puentea el bypass solo con 3,3 V.
Soldadura fría en OUT1
soldadura fría
Por qué pasa
Síntoma: El sensor 1 salta a 2500 (negro) de vez en cuando, y la posición da tirones hacia la izquierda.
La lectura RC necesita que el pin cargue el nodo y luego lo vea bajar. A través de una soldadura que hace y pierde contacto, la Nano a veces no ve volver nada y se agota el tiempo en 2500: la lectura de un sensor sobre negro.
Solución: Vuelve a calentar la soldadura con estaño nuevo hasta que fluya en un cono brillante alrededor del pin.
Falta R9
falta una pieza
Por qué pasa
Síntoma: Los sensores 3 y 4 leen 2500 tanto sobre blanco como sobre negro; la posición se inclina hacia ellos.
Los LED de los sensores 3 y 4 van en serie a través de R9. Sin ella no hay camino, así que no se enciende ninguno de los dos LED. Un sensor que no emite IR no recibe nada de vuelta y lee negro.
Solución: Coloca R9 (47 Ω) y suéldala por reflujo. Dos sensores muertos a la vez suelen apuntar a su cadena de LED compartida.
Luz del sol en el suelo
ajuste incorrecto
Por qué pasa
Síntoma: Todos los sensores leen rápido, la cinta negra incluida: la barra no encuentra la línea.
La luz del sol lleva mucho más infrarrojo que los LED. Llega a todos los fototransistores, haya lo que haya debajo, así que las salidas bajan rápido en todas partes y el negro parece blanco.
Solución: Dale sombra a la barra, o lee dos veces con los LED encendidos y apagados y resta (QTRReadMode::OnAndOff en QTRSensors).
Barra a 10 mm del suelo
ajuste incorrecto
Por qué pasa
Síntoma: El blanco lee unos 780 µs en lugar de 120, el negro agota el tiempo; la posición va de un lado a otro y el robot zigzaguea.
La luz del LED se dispersa en el camino de ida y vuelta. Pololu midió 120 µs sobre blanco a 3 mm y 780 µs a 10 mm: una sexta parte de la luz. Con la calibración hecha a la altura baja, ahora el blanco le parece gris a todos los sensores.
Solución: Monta la barra a 3 mm del suelo (la mejor distancia según Pololu, 9,5 mm como mucho) y calibra a la altura a la que vas a rodar.
Motores izquierdo y derecho intercambiados
ajuste incorrecto
Por qué pasa
Síntoma: El robot gira alejándose de la línea, la pierde y da vueltas.
Con la línea a la izquierda, el sketch frena la rueda izquierda. Pero esa rueda está ahora en el lado derecho, así que el robot gira a la derecha y la línea se va más a la izquierda: la corrección hace el error más grande.
Solución: Vuelve a intercambiar los cables de los motores, o intercambia PWMA y PWMB en el sketch.
Motores en los 5 V de la Nano
caída de tensión
Por qué pasa
Síntoma: Las ruedas dan tirones, la Nano se reinicia una y otra vez y la calibración nunca termina.
Un motor TT consume 200-300 mA en marcha y más de 1 A al arrancar. A través del USB y del fusible de 500 mA de la Nano, eso baja los 5 V por debajo de lo que necesita el ATmega, así que se reinicia, los motores se paran, la tensión se recupera y vuelve a empezar.
Solución: Alimenta VM con la LiPo. Mantén la lógica y los motores en fuentes separadas con la tierra común.

Conoce el banco

monta la barra de sensores, lee la línea y luego dirige el robot

El QTR-8RC es una tira roja de 75 mm con ocho sensores de reflectancia infrarrojos en fila, separados 9,5 mm. Cada sensor es un LED IR y un fototransistor uno al lado del otro, mirando al suelo 3 mm por debajo. El blanco refleja mucho IR, la cinta negra casi nada. La versión RC lee midiendo tiempos: la Nano pone cada salida en HIGH, la suelta y cuenta cuánto tarda la línea en bajar, unos 120 µs sobre blanco y más allá del tiempo límite de 2500 µs de la librería sobre negro. Ocho de esos tiempos se convierten en un número de 0 a 7000: dónde está la línea bajo la barra. Monta la barra, conéctala a una Nano con un TB6612FNG y dos motorreductores, mete una tarjeta de prueba por debajo y haz que el robot vuelva a la línea. Luego averíalo: muy poca tensión, el bypass puenteado, una soldadura fría, la luz del sol, la barra demasiado alta, los motores intercambiados.

Fuentes

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 4410 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Tiempos RC en bruto

// QTR-8RC: ocho sensores RC cronometrados por la Nano
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8: cualquier pin digital puede medir el tiempo de una salida RC
uint16_t values[8];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON: la librería enciende los LED IR en cada lectura
  Serial.println("raw: OUT1-OUT8 in us, 2500 = timeout");
}

void loop() {
  qtr.read(values);              // ocho tiempos de bajada en µs: unos 120 sobre blanco, 2500 (el tiempo límite) sobre negro
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    if (i > 0) Serial.print(' ');
    Serial.print(values[i]);
  }
  Serial.println();
  delay(1000);
}

Tareas prácticas

0/2 tareas

Escribe el código y luego ejecuta las comprobaciones. La ejecución usa un reloj virtual y un entorno con guion, así que el mismo código da siempre el mismo resultado.

Vuelve a la línea

Arduino C++

El código de partida lee la línea pero mueve las dos ruedas a 150 vea lo que vea. Haz que gire: error = position - 3500, y luego left = 150 + error / 20 y right = 150 - error / 20. Con la línea bajo el sensor 2, la rueda izquierda tiene que frenar y la derecha acelerar; bajo el sensor 7, al revés; centrada, las dos a 150.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante 4,5 s
Aún sin ejecutarLee la línea con readLineBlack()
Aún sin ejecutarSTBY (D9) está en HIGH: el driver está despierto
Aún sin ejecutarCentrada: la rueda izquierda (D5) a unos 150/255
Aún sin ejecutarCentrada: la rueda derecha (D6) a unos 150/255
Aún sin ejecutarLínea bajo el sensor 2: la rueda izquierda frena
Aún sin ejecutarLínea bajo el sensor 2: la rueda derecha acelera
Aún sin ejecutarLínea bajo el sensor 7: la rueda izquierda acelera
Aún sin ejecutarLínea bajo el sensor 7: la rueda derecha frena
Aún sin ejecutarCentrada otra vez: de vuelta a 150

Pistas

readLineBlack() devuelve un número sin signo; conviértelo antes de restar: int error = (int)pos - 3500;
error / 20 es lo mismo que error x 0.05 sin coma flotante: eso es Kp.
motors() ya limita cada rueda a 0-255 con constrain().

Código de Vuelve a la línea

// Sigue la línea: frena la rueda del lado en el que está la línea
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8: cualquier pin digital puede medir el tiempo de una salida RC
uint16_t values[8];
const int PWMA = 5, AIN1 = 7, AIN2 = 8, STBY = 9, BIN1 = 10, BIN2 = 4, PWMB = 6;
const int BASE = 150;

void motors(int left, int right) {   // las dos ruedas hacia delante, velocidad de 0 a 255
  digitalWrite(AIN1, HIGH); digitalWrite(AIN2, LOW); analogWrite(PWMA, constrain(left, 0, 255));
  digitalWrite(BIN1, HIGH); digitalWrite(BIN2, LOW); analogWrite(PWMB, constrain(right, 0, 255));
}

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON: la librería enciende los LED IR en cada lectura
  for (int p = 4; p <= 10; p++) pinMode(p, OUTPUT);
  digitalWrite(STBY, HIGH);
  for (int i = 0; i < 100; i++) {   // pasa ahora la barra por encima de la cinta: cada sensor aprende su propio blanco y su propio negro
    qtr.calibrate();
    delay(20);
  }
}

void loop() {
  uint16_t pos = qtr.readLineBlack(values);
  // calcula el error a partir de pos y gira con él en lugar de ir recto
  motors(BASE, BASE);
  delay(20);
}

Gira para encontrar la línea

Arduino C++

En una curva cerrada, la línea acaba bajo el sensor más exterior y con solo girar no da tiempo. Cuando la posición baje de 1000, gira a la izquierda sobre sí mismo: rueda izquierda hacia atrás, derecha hacia delante, las dos a 110. Por encima de 6000, gira a la derecha. Entre medias, dirige como antes.

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante 4,3 s
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: AIN1 (D7) está en LOW
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: AIN2 (D8) está en HIGH, la rueda izquierda gira hacia atrás
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: BIN1 (D10) está en HIGH, la rueda derecha hacia delante
Aún sin ejecutarCentrada: la rueda izquierda vuelve a ir hacia delante
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: BIN1 (D10) está en LOW
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: BIN2 (D4) está en HIGH, la rueda derecha hacia atrás
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: la rueda izquierda hacia delante
Aún sin ejecutarGirando a la izquierda a 110: el ciclo de trabajo de la rueda izquierda es de cerca del 43 %
Aún sin ejecutarGirando a la derecha a 110: el ciclo de trabajo de la rueda derecha es de cerca del 43 %

Pistas

wheel() recibe una velocidad con signo: una negativa pone IN1 en LOW e IN2 en HIGH, así que la rueda gira hacia atrás.
if (pos < 1000) { motors(-110, 110); } else if (pos > 6000) { motors(110, -110); } else { ... }
Deja la línea de dirección de la primera tarea en la última rama.

Código de Gira para encontrar la línea

// Gira sobre sí mismo cuando la línea esté bajo un sensor de los extremos
#include <QTRSensors.h>

void wheel(int in1, int in2, int pwm, int speed) {
  digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH);
  analogWrite(pwm, constrain(abs(speed), 0, 255));
}

void motors(int left, int right) {
  wheel(AIN1, AIN2, PWMA, left);
  wheel(BIN1, BIN2, PWMB, right);
}

void loop() {
  uint16_t pos = qtr.readLineBlack(values);
  // añade los dos giros: por debajo de 1000 gira a la izquierda, por encima de 6000 a la derecha
  int turn = ((int)pos - 3500) / 20;
  motors(BASE + turn, BASE - turn);
  delay(20);
}

Monta y avería

1MontajeSiguiente

Deja la PCB desnuda

Quita todas las piezas de la placa roja. Las volverás a poner tal como se fabrica: primero los sensores SMD, las resistencias, los condensadores y el MOSFET, y luego el conector.

Colocación automática de los componentes SMD y luego reflujo

Coloca el conector de 11 pines por detrás

Suelda el conector

Conecta la barra a la Nano

Conecta el TB6612FNG

Conecta los motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Mete la tarjeta de prueba bajo la barra

Alimenta el banco

Carga Tiempos RC en bruto

Carga Posición de la línea

Carga Seguir la línea

Alimenta la barra con 3,3 VAveríala

Puentea 3.3V BYPASS con 5 VAveríala

Deja una soldadura fría en OUT1Averíala

Deja fuera R9Averíala

Pon el banco al solAveríala

Sube la barra 10 mmAveríala

Intercambia los motores izquierdo y derechoAveríala

Alimenta los motores con los 5 V de la NanoAveríala

Vista despiezada

Conoce el banco

monta la barra de sensores, lee la línea y luego dirige el robot

En el banco

Seleccionado

El sketch usa 4410 bytes del espacio de almacenamiento de programa

Código: Tiempos RC en bruto

// QTR-8RC: ocho sensores RC cronometrados por la Nano
#include <QTRSensors.h>

QTRSensors qtr;
const uint8_t SENSORS[8] = {A0, A1, A2, A3, A4, A5, 11, 12};   // OUT1-OUT8: cualquier pin digital puede medir el tiempo de una salida RC
uint16_t values[8];

void setup() {
  Serial.begin(9600);
  qtr.setTypeRC();
  qtr.setSensorPins(SENSORS, 8);
  qtr.setEmitterPin(2);          // LEDON: la librería enciende los LED IR en cada lectura
  Serial.println("raw: OUT1-OUT8 in us, 2500 = timeout");
}

void loop() {
  qtr.read(values);              // ocho tiempos de bajada en µs: unos 120 sobre blanco, 2500 (el tiempo límite) sobre negro
  for (int i = 0; i < 8; i++) {
    if (i > 0) Serial.print(' ');
    Serial.print(values[i]);
  }
  Serial.println();
  delay(1000);
}

Gira para encontrar la línea

Arduino C++

Comprobaciones

Aún sin ejecutarFunciona durante 4,3 s
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: AIN1 (D7) está en LOW
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: AIN2 (D8) está en HIGH, la rueda izquierda gira hacia atrás
Aún sin ejecutarLínea muy a la izquierda: BIN1 (D10) está en HIGH, la rueda derecha hacia delante
Aún sin ejecutarCentrada: la rueda izquierda vuelve a ir hacia delante
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: BIN1 (D10) está en LOW
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: BIN2 (D4) está en HIGH, la rueda derecha hacia atrás
Aún sin ejecutarLínea muy a la derecha: la rueda izquierda hacia delante
Aún sin ejecutarGirando a la izquierda a 110: el ciclo de trabajo de la rueda izquierda es de cerca del 43 %
Aún sin ejecutarGirando a la derecha a 110: el ciclo de trabajo de la rueda derecha es de cerca del 43 %

Pistas

wheel() recibe una velocidad con signo: una negativa pone IN1 en LOW e IN2 en HIGH, así que la rueda gira hacia atrás.
if (pos < 1000) { motors(-110, 110); } else if (pos > 6000) { motors(110, -110); } else { ... }
Deja la línea de dirección de la primera tarea en la última rama.

Código de Gira para encontrar la línea

// Gira sobre sí mismo cuando la línea esté bajo un sensor de los extremos
#include <QTRSensors.h>

void wheel(int in1, int in2, int pwm, int speed) {
  digitalWrite(in1, speed >= 0 ? HIGH : LOW);
  digitalWrite(in2, speed >= 0 ? LOW : HIGH);
  analogWrite(pwm, constrain(abs(speed), 0, 255));
}

void motors(int left, int right) {
  wheel(AIN1, AIN2, PWMA, left);
  wheel(BIN1, BIN2, PWMB, right);
}

Seguidor de líneas QTR-8RC

El banco

Monta y avería

Deja la PCB desnuda

Colocación automática de los componentes SMD y luego reflujo

Coloca el conector de 11 pines por detrás

Suelda el conector

Conecta la barra a la Nano

Conecta el TB6612FNG

Conecta los motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Mete la tarjeta de prueba bajo la barra

Alimenta el banco

Carga Tiempos RC en bruto

Carga Posición de la línea

Carga Seguir la línea

Alimenta la barra con 3,3 VAveríala

Puentea 3.3V BYPASS con 5 VAveríala

Deja una soldadura fría en OUT1Averíala

Deja fuera R9Averíala

Pon el banco al solAveríala

Sube la barra 10 mmAveríala

Intercambia los motores izquierdo y derechoAveríala

Alimenta los motores con los 5 V de la NanoAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Barra a 3,3 V sin el bypass

Bypass puenteado con 5 V

Soldadura fría en OUT1

Falta R9

Luz del sol en el suelo

Barra a 10 mm del suelo

Motores izquierdo y derecho intercambiados

Motores en los 5 V de la Nano

Estado en vivo

Consumo de corriente

Ponte a prueba

Después de: Suelda el conector

Después de: Carga Posición de la línea

Después de: Carga Seguir la línea

Después de: Alimenta los motores con los 5 V de la Nano

Cuestionario final del banco

Conoce el banco

Fuentes

En el banco

Tareas prácticas

Vuelve a la línea

Comprobaciones

Gira para encontrar la línea

Comprobaciones

Seguidor de líneas QTR-8RC

El banco

Monta y avería

Deja la PCB desnuda

Colocación automática de los componentes SMD y luego reflujo

Coloca el conector de 11 pines por detrás

Suelda el conector

Conecta la barra a la Nano

Conecta el TB6612FNG

Conecta los motores

Conecta la LiPo a VM y GND

Mete la tarjeta de prueba bajo la barra

Alimenta el banco

Carga Tiempos RC en bruto

Carga Posición de la línea

Carga Seguir la línea

Alimenta la barra con 3,3 VAveríala

Puentea 3.3V BYPASS con 5 VAveríala

Deja una soldadura fría en OUT1Averíala

Deja fuera R9Averíala

Pon el banco al solAveríala

Sube la barra 10 mmAveríala

Intercambia los motores izquierdo y derechoAveríala

Alimenta los motores con los 5 V de la NanoAveríala

Vista despiezada

Averíala a propósito

Barra a 3,3 V sin el bypass

Bypass puenteado con 5 V

Soldadura fría en OUT1

Falta R9