Manual de usuario vehículo detector de color y manejo con joystick

Este vehículo ha sido diseñado con el objetivo de detectar 4 clases de colores (rojo, verde, azul, amarillo y neutro), dirigido a la población infantil, facilitando su ensamble y conexiones por medio del siguiente manual.

1.Funcionamiento: Este prototipo, como se indicó anteriormente, tiene como objetivo realizar una acción de acuerdo a la información obtenida mediante el sensor de color incorporado en su sistema. Este robot es manipulado utilizando el sistema embebido STM32-F411RIT6 basado en los microcontroladores CORTEX, fabricados por la empresa ARM y ST microcontrollers el cual permite realizar el procesamiento de datos de manera óptima, para facilitar el funcionamiento del dicho prototipo.

El modo de funcionamiento del vehículos se basa en el uso del software soltera, el cual permite enviar los comandos necesarios para que el vehículo pueda realizar una acción determinada por el usuario, entre la lista de comandos asignados por defecto conectado a la tarjeta embebida por medio de un puerto serial o UART, Para poder manipular el vehículo ,se determino la siguiente tabla de comandos , donde se puede encontrar los códigos (numeración Hexa-decimal) que permiten determinar las acciones que realizara el vehículo ,de acuerdo al comando enviado :

2.Dispositivos que conforman el prototipo los elementos que conforman al vehículo para su correcto funcionamiento son los siguientes:

• Tarjeta STM32F411
• Plataforma virtual Mbed
• Software CoolTerm
• Jumpers
• Sensor de color TCS3200
• Buzzer
• Motores Nema (x2)
• Driver Nema (x2)
• Joystick (x2)
• Condensador 100u
• Fuente de voltaje (12V)

Interfaz para comunicación serial con el dispositivo:

• Cool term (Permite crear una interfaz para recibir y enviar tele comandos)

2.1 motores paso a paso (steppers):

Los motores paso a paso, también conocidos como motores de paso o steppers, son dispositivos electromecánicos que convierten series de pulsos eléctricos en desplazamientos angulares discretos, lo que se traduce a generar giros a cierta cantidad de grados llamados pasos o medio-pasos.

Esta clase de motores tienen un comportamiento similar a un conversor análogo-digital, lo que significa que puede ser controlado por impulsos procedentes de sistemas digitales; estos motores tienen varias ventajas como su precisión y repetitividad a lo que se refiere a posicionamiento, lo cual se utilizan para diferentes aplicaciones (impresoras digitales, robots, procesos de automatización etc.)

Estos motores se dividen en 3 clases (rotor de imán permanente, hibrido y de reluctancia variable) y 2 tipos (unipolares y bipolares) Los motores utilizados para este prototipo fueron los motores nema 17, siendo estos motores BIPOLARES, dichos motores, se caracterizan por tener 4 salidas y su funcionamiento se puede representar en la siguiente tabla:

2.2 Sensor cromático (RGB) TCS3200:

El sensor programable tcs3200 es un sensor en el cual se incorporan fotodiodos de silicón configurables y un conversor de corriente a frecuencia en un chip integrado con una señal de salida cuadrada (pwm) con un 50% de ciclo útil y una frecuencia proporcional a la intensidad lumínica. La frecuencia de salida de escala completa puede ser escalada por uno de 3 valores predeterminados por vía de 2 pines de entrada y control. Las entradas y salidas digitales permiten tener una interfaz directa con el microcontrolador u otros tipos de circuitos lógicos En el sensor TCS3200 el conversor de luz a frecuencia lee en un orden de 8x8 fotodiodos.16 fotodiodos contienen filtros color azul, otros 16 fotodiodos contienen filtros de color rojo ,16 fotodiodos contienen filtros de color verde y otros 16 fotodiodos no contienen dicho filtro (clear). Los cuatro tipos de colores de los fotodiodos son Inter digitados para reducir el el efecto de no uniformidad de irradiación incidente. cada tira de fotodiodos del mismo color es conectada de manera paralela; los pines S2 y S3 son usados para seleccionar cual grupo de fotodiodos están activos (rojo, azul, verde o clear). el tamaño de los fotodiodos es de 110 µm x 110 µm

2.2.1 Características

El sensor cromático Tcs3200 cuenta con las siguientes especificaciones: 1. Conversión de intensidad lumínica a frecuencia de alta resolución 2. Salida de escala completa y color programables 3. Comunicación directa con microcontroladores 4. Operación de suministro simple (2.7v-5.5v) 5. Error de no linealidad del 0.2% a 50 kHz 6. Coeficiente de temperatura estable de 200ppm/°c

2.2.2 Diagrama de funcionamiento de sensor tcs3200:

2.2.3 Diagrama de distribución de conexiones de sensor TCS3200:

2.2.4 funciones de los terminales del sensor tcs3200

2.2.5 opciones seleccionables:

2.3 Sistema embebido Stm32f411RET6:

Es un microcontrolador embebido fabricado por la empresa stm microelectronics basado en los microcontroladores ARM córtex m4, el cual es utilizado como tarjeta de control del vehículo detector de color, la cual recibe la información necesaria para el correcto funcionamiento y sincronización de los elementos periféricos (sensores y actuadores), además de proporcionar los datos necesarios vía software al usuario por medio de conexión serial (UART).

Entre los componentes que contiene el microcontrolador embebido stm32f411ret6, se incorpora un conversor análogo digital, el cual es un dispositivo electrónico capaz de convertir señales analógicas (señales sinusoidales) en señales digitales (señales cuadradas, trenes de pulso o pwm) mediante un cuantificador, cuantificándose en un código binario

Advertencias antes de hacer la conexión • No dejar los componentes electrónicos en lugares húmedos o expuestos a altas temperaturas. • Conectar sobre una superficie de un material diferente al metal, la electricidad estática puede dañar los componentes.

Conexión de periféricos 1. Conectar como se muestra en la siguiente figura.

Conexión a CoolTerm

Para salida y entrada de datos

1. Abrir el software CoolTerm.

2. Una vez abierto el Software, debe asegurarse de que la tarjeta STM32F411 esté conectada; Se podrá verificar si ha sido correctamente conectada en la parte inferior.

3. Además también será necesario revisar en options y asegurarse de que la velocidad de transmisión o baud rate sea la misma en la tarjeta y en el programa.

Una vez elegida la opción 115200 es necesario guardar los cambios con el botón ok

4. Una vez ya configuradas las opciones es necesario para enviar datos desde :

Connection>Send String

Y desplegará una nueva ventana desde la cual se podrán enviar datos en lenguaje hexa-decimal.

5. Una vez abierta la opción HEX (Hexadecimal) e insertar el comando FE, el cual enviará dicho comando al sistema y realizará el reconocimiento del color en el cual entrarán diferentes datos dependiendo del dato obtenido, sonido en frecuencia de DO, RE, MI, FA, movimiento de motores con o sin Joystick

6. El programa se reiniciará automáticamente en un lapso de 1 segundo y realizará de un nuevo el escaneo de las opciones.