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Robot que se desvia de obstáculos Filipe Alves, João Santos, Miguel Beato, Ricardo Rosa e Tiago Lopes. Mestre Eng. Luís Pires. Disciplina de Sistemas Digitais Curso de Técnico de Eletrónica, Automação e Comando Instituto de Educação Técnica-INETE Travessa da Escola Araújo, 1169-148, Lisboa, Portugal Resumo: Neste projeto vamos, desenvolver um robô que se desvia de obstáculos. Primeiro vamos realizar a análise, onde iremos verificar as equações de entrada e saída dos flip-flops, em seguida construiremos a tabela de transição de estados do circuito e por ultimo o diagrama de estados. A partir desta análise iremos realizar o projeto. Palavras-Chaves: Robô, Autónomo, Motorizado. 1 Introdução Este projeto é efetuado no âmbito da disciplina Sistema Digitais, onde colocaremos em prática os conhecimentos adquiridos ao longo do ano letivo. No projeto, vamos desenvolver um robô autónomo capaz de se desviar de obstáculos, onde não vamos utilizar qualquer tipo de programação. Optámos, por utilizar sensores infravermelhos, flip-flops do tipo JK (simplificando a parte da montagem do circuito do robô), vamos utilizar servos modificados (devido ao seu sistema de controlo). A nossa metodologia passa por fazer a análise do circuito e, só depois a implementação do circuito. 2 Sistemas e Circuitos Sequências Os circuitos sequenciais, são circuitos onde a saída depende dos valores de entrada e do estado anterior. Este tipo de circuitos tem a capacidade de armazenar alguns bits, ou seja tem memória. Também se pode observar que por vezes a mesma combinação de entrada pode originar valores de saída diferentes. Entrada s Circuito Combinatório Elementos de memória Saídas Latches e Flip-flops 1 Existem dois tipos de circuitos sequencias, que são: Circuitos Síncronos (Flip-flops): respondem quando existe um impulso no clock, e os processos funcionam todos simultaneamente. Circuitos Assíncronos (Latches): os processos alteram-se a qualquer instante, quando termina um inicia-se outro em seguida, ou seja não depende de uma variável de controlo. Igualmente, existem dois tipos de elementos de memória, que são: Latches: Permitem armazenar um bit de informação. Um Latch com clock (gated Latch), é sensível ao nível (ON ou OFF) do clock. O estado altera-se sempre que as entradas adequadas mudam e o clock fique a ON. Flip-flops: Os flip-flops são sensíveis à mudança no clock, ou seja o estado altera-se apenas quando existe uma transição no clock. Estes elementos permitem sincronizar o armazenamento de informação com um sinal de referência (clock). Os flip-flops, são vulgarmente compostos por 2 Latches ligados em série e lógica adicional. Ainda permitem sincronizar o armazenamento da informação com as transições do clock. Entrada s Clock Saídas Circuito Combinatório Elementos de memória Um flip-flop (FF) edge-triggered só reage quando existe uma alteração no clock. Porém, o FF negative edge-triggered só reage quando o clock varia de ‘1’ para ‘0’. Tipos de flip-flop (FF) edge-triggered: Flip-flop D: é um circuito síncrono com memória. Tem uma entrada (D), um sinal de clock e Q. Este FF detém uma entrada que se liga directamente à saída quando existe uma variação no clock. Quando houver variação do clock, o valor guardado no flip-flop será o valor na entrada D naquele instante. 2 CLK D Qt+1 0 X Qt 1 X Qt 0 0 1 1 CLK 𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝐷 Flip-flop JK: é um flip-flop que apenas memoriza um bit de informação e onde o estado seguinte é definido por duas entradas e também pelo estado atual. Normalmente, este tipo de FFJK é utilizado em contadores. Quando houver variação do clock, o valor guardado no flip-flop será alterado, se as entradas J e K forem ambas iguais a 1 e será mantido se ambas forem iguais a zero, mas se forem diferentes, o valor vai se tornar 1 se a entrada J for 1 e será 0 se a entrada K for 1. J K Qt+1 Obs. 0 0 Qt Manter estado anterior 0 1 0 Reset 1 0 1 Set 1 1 Q̅t Complementar estado anterior ̅ 𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝑄̅ ∗ 𝐽 + 𝑄 ∗ 𝐾 Flip-flop T: Este FF, é equivalente ao FFJK caso as entradas estejam curto-circuitadas. Quando existir uma variação no clock, o valor guardado no flip-flop será alternado ou mantido dependendo se o valor na entrada T (Toggle) for 1 ou 0. 𝑄𝑠𝑒𝑔𝑢𝑖𝑛𝑡𝑒 = 𝑇̅ ∗ 𝑄 + 𝑇 ∗ 𝑄̅ 3 Os diagramas de estados, são um esquema que nos diz o que tem de acontecer para existir uma mudança de estado. 01,10 00,11 00,11 0/0 1/1 01,10 As ”bolas” representam os estados As “setas” representam as transições Exemplo de diagrama de estado 3 Implementação Conceptual do Projeto Arquitetura do Robô: 4 Constituintes do Robô: Portas lógicas: CI 74LS00 [1], CI 74LS04 [2], CI74LS08 [3], CI74LS32 [4], CI74LS86 [5] ; PAL ATF22V10C CI 74LS74 [7] CI74LS76 [8] 2 Sensores infra-vermelhos: O grupo optou pelos sensores infra-vermelhos, para o robô não embater nos obstáculos. [ 6] LM7805 R1=10KΩ R2=220Ω Potenciómetro=100kΩ 2C=10µF C=1µF C2=100Nf Led vermelho NE 555 Conjunto de fios unifilares Servo modificado (motores)[ 9] Oscilador (NE 555)[ 10] Pilha (9 volts) Drive de Potencia: basicamente o drive de potência serve para regular a velocidade. 4 Circuito Proposto Diagrama de estados: 00 1/1 1/0 0/1 5 Tabela de transição de estados : Estado Atual Md Me 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 Entradas S1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 S2 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 Me’ 1 0 1 1 O 1 1 1 1 1 0 1 Me J1 1 0 1 1 Próximo Estado Md’ 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 Md K1 0 1 0 0 J2 1 1 0 0 K2 0 0 1 1 Mapas de K do Circuito: S1 S1 0 1 1 1 S1 1 0 0 0 S2 ̅̅̅̅ 𝑱𝟏 = 𝑺𝟏 + 𝑺𝟐 S2 ̅̅̅̅. 𝑺𝟐 K𝟏 = 𝑺𝟏 1 1 0 0 0 0 1 1 S2 ̅̅̅̅ 𝑱𝟐 = 𝑺𝟏 S1 S2 K𝟐 = 𝑺𝟏 6 Circuito Proposto: 5 Resultados S1=0 S2=0 ME=1 MD=1 S1=1 S2=0 ME=1 MD=0 S1=0 S2=1 ME=0 MD=1 S1=1 S2=1 ME=1 MD=0 7 6 Conclusão Concluímos que para o desenvolvimento do robô, é necessário fazer a análise. Para realizar uma análise correta é necessário realizar um diagrama de estados, que nos permitir retirar daí uma tabela de transição de estados, e por fim construir os mapas de karnaught de onde vamos retirar as equações para a construção do circuito eléctrico do nosso robô. Referencias: [1] http://www.futurlec.com/74LS/74LS00.shtml -06-05-2015 00:57:37 [2] http://www.futurlec.com/74LS/74LS04.shtml -06-05-2015 00:59:04 [3] http://pdf.datasheetcatalog.com/datasheets/90/487937_DS.pdf -06-05-2015 00:59:55 [4] http://www.futurlec.com/74LS/74LS32.shtml -06-05-2015 01:00:42 [5] http://www.futurlec.com/74LS/74LS86.shtml -06-05-2015 01:01:25 [6] http://robolivre.org/conteudo/sensor-de-infravermelho -06-05-2015 22:30:58 [7] http://www.futurlec.com/74LS/74LS74.shtml -06-05-2015 22:32:34 [8] http://www.futurlec.com/74LS/74LS76.shtml -06-05-2015 22:33:42 [9] http://www.profelectro.info/motor-dc-funcionamento-animacao/ -06-05-2015 22:41:57 [10] http://www.ti.com/product/ne555 -06-05-2015 22:44:05 http://eletronicadovalesrs.blogspot.pt/2011/11/driver-para-motor-dc-com-pwm.html -06-052015 23:19:22 http://www.cburch.com/logisim/docs/2.7/pt/html/libs/mem/flipflops.html -05-05-2015 22:07:44 http://pt.wikipedia.org/wiki/Circuito_sequencial#Flip-flop_JK -05-05-2015 21:22:13 http://en.wikipedia.org/wiki/Flip-flop_%28electronics%29 -05-05-2015 21:33:21 8
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