COCHE SALVAOBSTÁCULOS

Qué es


Es un proyecto de tecnología para 4º ESO que aborda de forma integral la construcción de un coche capaz de detectar obstáculos en su camino y salvarlos.
Cuando choca uno de los sensores, se invierte el sentido de giro de la rueda opuesta el tiempo suficiente para que cambie de dirección y luego reanua su avance normal.

Documentos PDF

Este archivo en PDF te servirá para construir en el taller el coche.




Estructura del coche


coche plástico acabado.jpg
Coche, chasis hecho con PVC
Partimos de una pieza de madera contrachapada de 7 mm de espesor y de dimensiones 20 x 30 cm. También se puede fabricar sobre plancha de PVC de baja densidad (ver foto adjunta). Dibujamos la silueta del coche y la recortamos con sierra de calar. Luego atornillamos una rueda loca en su parte delantera y dos motores de 5 V c.c. con reductora en la trasera que pegamos con pistola termo-fusible. Acoplamos sendas ruedas a los ejes de salida de los motores.
Fijamos los dos sensores de choque llamados finales de carrera atornillándolos en la parte delantera como si fuesen las antenas de un insecto. Estos sensores tienen tres contactos, sólo usaremos dos de ellos, el común y el normalmente abierto (son los que tienen cables soldados en la imagen del final de carrera).



final de carrera.JPG
Final de Carrera

coche boca abajo.JPG
Coche, vista inferior















Fabricar las placas del circuito de control


Usamos el programa gratuito EAGLE Layout Editor para diseñar dos placas iguales del circuito de control (CC), que llamaremos CC1 y CC2. Esta aplicación permite diseñar a partir de un esquema eléctrico, una placa de circuito impreso con componentes reales, con las pistas de cobre en la cara inferior y los componentes en la superior. No es nuestro objetivo explicar el manejo de esta aplicación. Lo único relevante es que con EAGLE obtenemos unos clichés de acetato transparente con las pistas impresas en una de sus caras.
placa acabada.jpg
Placa Circuito impreso
Estos clichés los usaremos para la fabricación de la placa de circuito impreso real transfiriendo las “pistas” a una placa de cobre fotosensible y realizando las etapas de insolado, revelado, lavado y ataque ácido para eliminar el cobre sobrante y dejar sólo las pistas de cobre en una de sus caras. Este proceso tampoco lo explicamos en detalle ya que por sí solo sería todo un tutorial.
Luego hay que perforar la placa en los lugares donde vayan los componentes electrónicos, para soldarlos. Se muestra, al lado, la placa acabada vista desde la cara de componentes.










Listado de componentes de una placa CC


Estos son los componentes electrónicos que usaremos en nuestro circuito eléctrico de control.
EAGLE Version 6.5.0 Copyright (c) 1988-2013 CadSoft
Etiqueta
Componente
Valor
NombreEagle
LibraryEagle
0V
Pila

3,81/1,4
wirepad
6V
Pila

3,81/1,4
wirepad
C1
Condensador
1 mF
CPOL EUE2.5-6
rcl
M1_A
Conexión al Motor

3,81/1,4
wirepad
M1_B
Conexión al Motor

3,81/1,4
wirepad
D1
Diodo

1N4004
diode
FC1_A
Conex. al Final de carrera

3,81/1,4
wirepad
FC1_B
Conex. al Final de carrera

3,81/1,4
wirepad
K1
Relé

351
relay
POT
Potenciómetro
10 KΩ
PT-10
rcl
R1
Resistencia
1 KΩ
R-EU_0207/1
rcl
R2
Resistencia
1 KΩ
R-EU_0207/15
rcl
T1
Transistor
BD135
BD139
transistor





Esquema eléctrico hecho con Eagle


ESQUEMA SALVAOBSTÁCULOS EAGLE DE JSL ver 2.png

Placa de circuito impreso con Eagle


La placa se muestra vista desde arriba, la llamada cara de componentes, las pistas estarían en la cara inferior y se “transparentan” desde arriba, por eso el texto "Javier SL 2013" se lee como imagen especular. Cuando se fabrica la placa real el texto y las pistas quedan en la cara inferior.
PLACA CON COMPONENTES SALVAOBSTÁCULOS EAGLE DE JSL ver 2.png
Placa: pistas + componentes
PLACA SIN COMPONENTES SALVAOBSTÁCULOS EAGLE DE JSL ver 2.png
Placa: sólo pistas
















Alternativa: circuito en placa multiperforada


coche circuito placa multi_perforada.JPG
Circuito sobre placa multiperforada
Existen otros métodos de fabricación más sencillos para los alumnos en lugar de la placa de circuito impreso anterior.
Muchas veces es más práctico fabricar el circuito de control sobre placa multiperforada tal y como se muestra en la imagen de al lado.

















Conexiones eléctricas del coche


Una vez fabricadas las dos placas de circuito impreso CC1 y CC2, vamos a conectarlas al resto de los elementos del coche: los motores M1 y M2, los sensores de choque, llamados finales de carrera FC1 y FC2, y la pila.Estas conexiones se realizan sobre una tira de 12 clemas de conexión eléctricas, como se muestra en el esquema siguiente.
salvaobstáculos ver 2.JPG
Cómo conectar TODOS los elementos en el coche









Funcionamiento del coche


Coche conexiones.png
Avance normal del coche
Cada placa controla el sentido de giro de un motor.
Cuando ningún sensor choca con obstáculosambas ruedas giran hacia adelante como se muestra en el dibujo. En cada placa de control los condensadores están cargados a 6V, voltaje que llega a la base de cada transistor a través de R2 los transistores están en estado de SATURACIÓN las bobinas de los relés EXCITADAS los contactos del relé hacen que los motores giren hacia adelante.

si choca.png
Si el coche choca contra un obstáculo

Cuando el sensor final de carrera 2 choca con algún obstáculo se descarga a 0V el condensador de la placa CC1 este voltaje se transmite a la base del transistor el transistor pasa a estado de CORTE la bobina del relé se relaja conmutan los contactos del relé el motor 2 recibe la intensidad de corriente al revés el motor 2 invierte su sentido de giro.
Lo que observamos es que en cuanto cualquier sensor detecta un obstáculo el coche gira hacia atrás cambiando su dirección durante un tiempo que podemos modificar. Este tiempo depende de la carga del condensador como explicaremos en el siguiente punto.

Cálculo del tiempo de carga del condensador


Divisor de tensión del condensador.png
Carga del condensador
Al chocar un sensor contra un obstáculo, se descarga instantáneamente el condensador. Luego el condensador empezará a cargarse en cuanto el sensor ya no esté chocando contra el obstáculo. El tiempo de carga de un condensador depende sólo de su capacidad, medida en Faradios, y del valor de la Resistencia en ohmios a través de la cual se cargue.
tiempo carga = 5.R.C
Datos: C =1 mF=10-3 F
R es la suma de dos resistencias en serie:
potenciómetro que varía de 0-10 KΩ
R1 = 1 KΩ

Rmin = Potenciómetro + R1 = 0+1 = 1000Ω
Rmax = Potenciómetro + R1 =10+1 = 11000Ω

Lo que supone un abanico de tiempos de carga entre 5 y 55 segundos.
tiempo carga min =5 . 1000 . 0,001 = 5 seg
tiempo carga max =5 . 11000 . 0,001 = 55 seg

Estos NO son los tiempos durante los que está invirtiendo su giro una rueda del coche al chocar su sensor con algún obstáculo. Realmente conforme se carga el Condensador va aumentando su voltaje de 0 a 6 voltios, este voltaje le llega a la base del transistor a través de R2. Cuando la base alcanza 0.6V el transistor entra en SATURACIÓN y la rueda vuelve a girar hacia ADELANTE. El tiempo necesario para esto es mucho menor que el tiempo necesario para la carga completa del condensador. En nuestro coche, podemos modificar el tiempo de inversión de giro de una rueda entre aproximadamente 0.5 - 5 segundos. Tiempo suficiente para que el coche cambie de dirección girando hacia atrás

Álbum de fotos y vídeos


Fotos: Álbum de Fotos en flicker


Vídeo 1 demo del funcionamiento



Vídeo 2 demo del funcionamiento





Vídeo explicativo del funcionamiento de la placa de control