Aprende a utilizar el módulo de luz (seguilíneas). El robot DYOR utiliza este módulo para seguir líneas en el suelo (contraste entre blanco y negro). Principio de funcionamiento, diagramas de conexión y ejemplo de programación con Facilino y Arduino.

¿Cómo funciona?

El módulo seguilíneas TCRT5000 es un sensor de que emite luz infrarroja, mediante un fotodiodo, que es reflejada por una superficie y captada por un fototransistor. El fototransistor es sensible a la luz recibida y genera una corriente en función dicha cantidad de luz que se transforma en voltaje eléctrico. En la configuración que se muestra a continuación, cuando el fototransistor es excitado con una fuente de luz, deja pasar corriente lo que hará que si medimos el voltaje justo entre la resistencia R2 y el fototransistor, la tensión tienda a 0V, mientras que si el fotodiodo no deja pasar la corriente, entonces la tensión que mediremos serán prácticamente Vcc.

Así pues, el nivel de señal analógica que proporciona el sensor dependerá por tanto de la cantidad de luz recibida. Esto puede depender de múltiples factores como la distancia de reflexión (distancia a la que se coloca el sensor con respecto a la superficie); el color de la superficie y la cantidad de luz infrarroja en el ambiente (dispone de un filtro para eliminar los efectos de la luz ambiental y de día, pero su uso en entornos exteriores está totalmente desaconsejado). Este tipo de sensores pueden utilizarse con diversos propósitos como la detección de objetos (presencia o no presencia) como un contacto de proximidad, ya que disponen de un corto alcance (máximo unos 15mm). En robótica, su principal utilidad es en aplicaciones del tipo seguilíneas en la que el sensor devolverá un valor distinto de función del color del suelo. Por ejemplo, si el suelo es de color negro el nivel de reflexión es muy bajo y el sensor devuelve un valor de señal elevado (lógica contraria). Si por el contrario el fondo del suelo es de color blanco el sensor apenas devuelve señal.

El módulo dispone además de un comparador analógico que lo que permite es establecer con un potenciómetro el nivel de referencia (de señal analógica) que queremos y por encima de ese nivel activará una señal digital, mientras que cuando esté por debajo de ese nivel la señal estará desactivada. Esto tiene sobretodo utilidad para su uso como contacto de proximidad.

Propiedades del sensor

• Rango de operación entre 0.5mm y 15mm.
• Longitud de onda de funcionamiento 950nm.

Conexión

El módulo TCRT5000 requiere de cuatro conexiones (si bien la salida digital no la utilizaremos):

• VCC: Alimentación. Conectar a los pines de +5V.
• GND: Masa. Conectar a los pines 0V (GND).
• DO: Salida digital. Se puede conectar a los pines digitales de Arduino
• AO: Salida analógica. Conectar a pines analógicos de Arduino.

A continuación se muestra un ejemplo de conexión a Arduino Nano v3.0 con placa de expansión. La señal A0 se ha conectado al pin analógico A0 y la señal DO se ha conectado a uno de los pines de entrada analógico A4, pero que en realidad está configurado como pin digital. Esto se hace así para mostrar el hecho de que en realidad los pines analógicos pueden configurarse también como pines digitales normales. El el robot DYOR este pin normalmente no se utiliza y por este motivo ha preferido mostrarse el ejemplo de conexión de este pin en uno de los que habitualmente no se utilizan. Los pines VCC y GND se pueden conectar a cualquiera de las filas de alimentación y masa del módulo de expansión de entradas de Arduino Nano v3.0:

Aquí podéis descargar el fichero Fritzing:

Programación

A continuación se muestra un ejemplo de lectura de la señal analógica del sensor, un valor entre 0-1023 desde el punto de vista de la información devuelta, que se muestra por el puerto serie USB:

Aquí podéis descargar el fichero Facilino:

Podemos utilizar el monitor de la interfaz de Facilino para ver los valores devueltos por el sensor. En la siguiente captura de pantalla se muestra una clara diferencia entre los valores leídos cuando el sensor está apuntando a un objeto negro (valores por encima de 800) frente al caso en el que el sensor está apuntando a un objeto blanco (valores por debajo de 50).

A continuación se muestra un ejemplo de uso del módulo TCRT5000 con el valor analógico, pero que internamente divide en tres casos: blanco; gris; y negro. Cuando el nivel de luz está por debajo del 40% del valor medio de referencia entonces ejecutará las instrucciones del caso «blanco», mientras que si está entre el 40% y el 60% entonces ejecutará las instrucciones del caso «gris». En caso contrario, ejecutará las instrucciones del caso «negro». Para ello, el sensor debe primero calibrarse con los valores de «blanco» y «negro» en función de nuestras condiciones de trabajo. Se utiliza para este propósito dos instrucciones que sólo son necesarias llamarlas en el «setup» del programa. Estas instrucciones de calibración permiten establecer los valores para los cuales el sensor proporciona para cuando está en una zona blanca o en una zona negra. Previamente debemos haber anotado estos valores que el sensor nos devuelve en estos casos, por ejemplo, utilizando el programa de lectura analógica por el puerto serie anterior. En el código de ejemplo, si el caso detectado es blanco, negro o gris, el robot se moverá de una forma u otra utilizando las instrucciones de movimiento de la base (los servos SCR están conectados a los pines 9 y 5 respectivamente). Los valores tanto para la calibración, como para el movimiento de la base no tienen porqué coincidir con los que necesitéis para que os funcione correctamente el ejemplo ya que esto depende de los materiales y el entorno que utilicéis.

Aquí podéis descargar el fichero Facilino:

A continuación mostramos el ejemplo de código necesario para realizar un seguimiento de líneas. Al igual que en el ejemplo anterior, el programa requiere del uso de las instrucciones de calibración para su correcto funcionamiento. La principal diferencia con el ejemplo anterior es que la instrucción «seguidor de líneas» devuelve el valor de giro que deberíamos aplicar a la base. La cantidad devuelta está afectada por el valor de la ganancia, que cuanto más ganancia pongamos mayor será el efecto de corrección, pero puede presentar problemas oscilatorios con mayor frecuencia. La cantidad de giro se la indicamos a la base del robot. En este ejemplo, la velocidad lineal de avance es fija. Los valores introducidos para la ganancia, calibración y parámetros de movimiento de la base no tienen porqué coincidir con los que necesitéis para que os funcione.

Aquí podéis descargar el fichero Facilino: