Laboratorio de Sistemas ... -...

RROOBBOOTT CCOONN CCOONNTTRROOLL RREEMMOOTTOO YY CCÁÁMMAARRAA DDEE VVÍÍDDEEOO IINNTTEEGGRRAADDAA

Laboratorio de Sistemas Electrónicos Digitales

AUTORESPABLO RODRÍGUEZ CABELLOS

EUGENIO SILLERO HERRERO

Robot con control remoto y cámara de vídeo integrada

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ....................................................................... 7

1.1. OBJETIVOS .........................................................................................7 1.2. DESCRIPCIÓN DEL ROBOT ...............................................................7

2. PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES ............................... 14

2.1. EL NIVEL FÍSICO: ENLACE RADIOFRECUENCIA............................14 2.2. NIVEL DE ENLACE: LAPR .................................................................16 2.3. PROTOCOLO DE COMANDOS .........................................................18

2.3.1. ÓRDENES DE MOTORES ...............................................................................19 2.3.2. ÓRDENES DEL SISTEMA ...............................................................................20 2.3.3. ÓRDENES DE IMAGEN ...................................................................................20

2.4. PROTOCOLO DE DATOS..................................................................21 2.4.1. ESTADO DEL ROBOT .....................................................................................21 2.4.2. RECOMPONIENDO LA IMAGEN.....................................................................21

3. TARJETA DE CONTROL DE MOTORES............................... 24

3.1. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE .....................................................24 3.1.1. ALIMENTACIÓN ...............................................................................................24 3.1.2. SENSORES ......................................................................................................25 3.1.3. DRIVER DE MOTORES ...................................................................................27 3.1.4. PROCESADO ...................................................................................................29

3.2. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE. .....................................................32 3.2.1. EQUIVALENCIAS Y VECTORES DE INTERRUPCIÓN ..................................32 3.2.2. RUTINA DE RESET..........................................................................................35 3.2.3. MODO AUTOMÁTICO......................................................................................37 3.2.4. MODO MANUAL...............................................................................................41 3.2.5. INTERRUPCIONES..........................................................................................44 3.2.6. SUBRUTINAS...................................................................................................47

4. TARJETA DE CONTROL PRINCIPAL.................................... 54

4.1. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE .....................................................54 4.1.1. ALIMENTACIÓN ...............................................................................................55 4.1.2. CONTROL DE ORIENTACIÓN DE LA CÁMARA ............................................55 4.1.3. INTERFAZ DE LA CÁMARA.............................................................................56 4.1.4. PROCESADO ...................................................................................................58

4.2. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE......................................................60 4.2.1. EQUIVALENCIAS Y VECTORES DE INTERRUPCIÓN ..................................60 4.2.2. RUTINA DE RESET..........................................................................................62 4.2.3. RUTINAS DE CONFIGURACIÓN DE CÁMARA ..............................................64 4.2.4. EL PROGRAMA PRINCIPAL............................................................................68 4.2.5. ADQUISICIÓN DE DATOS...............................................................................69 4.2.6. LAS RUTINAS DE ENLACE .............................................................................70 4.2.7. EL NIVEL FÍSICO .............................................................................................78

5. HOST DE CONTROL REMOTO.............................................. 82

5.1. PLACA DE CONTROL........................................................................82 5.2. EL SOFTWARE ..................................................................................85 5.3. PAQUETE COM.THEEXBTEAM.COMM............................................86 5.4. PAQUETE COM.THEEXBTEAM.ROBOTS ........................................88

6. APÉNDICE A: INSTALACIÓN DEL SOFTWARE................... 92

- 2 -


6.1. INSTALACIÓN DEL ENTORNO JAVA................................................92 6.2. INSTALACIÓN DE LAS LIBRERÍAS JAVAX.COMM...........................93 6.3. INSTALACIÓN DE LA APLICACIÓN DE CONTROL ..........................94 6.4. INSTALACIÓN DE JAKARTA-ANT.....................................................94

7. APÉNDICE B ESQUEMÁTICOS DE LAS PLACAS ............... 96

8. APÉNDICE F: AVISOS LEGALES.......................................... 99

8.1. PAQUETES COM.THEEXBTEAM.* ...................................................99 8.2. LIBRERÍAS JAVAX.COMM ................................................................99 8.3. TERCERAS PARTES.......................................................................100

9. BIBLIOGRAFÍA ..................................................................... 101

9.1. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (POR HACER) .........................101 9.2. HOJAS DE CARACTERÍSTICAS Y RECURSOS EN LA RED ..........101 9.3. DIRECCIONES DE FABRICANTES Y PROVEEDORES..................102

- 3 -


ÍNDICE DE ILUSTRACIONES Figura 1 Vista general del prototipo en madera del robot .............................8

Figura 2 Vista lateral del robot ......................................................................8

Figura 3 Detalle de la batería del robot.........................................................9

Figura 4 Tarjeta de control del robot y radio enlace......................................9

Figura 5 Frontal del robot con los bumpers de colisión ..............................10

Figura 6 Parte inferior del robot. .................................................................11

Figura 7 Detalle del bastidor delantero .......................................................11

Figura 8 Detalle de los sensores CNY70 del robot. ....................................12

Figura 9 Tarjeta de control de motores con todos los sensores conectados ...................................................................................12

Figura 10 Comunicación serie un bit de arranque, 8 de datos y uno de parada. .........................................................................................14

Figura 11 Módulo de radio frecuencia WIZ-434-SML-IA de Auriel ...............15

Figura 12 Esquema de las tramas de comandos. ........................................17

Figura 13 Esquema de las tramas de ACK de comando. .............................17

Figura 14 Esquema de las tramas de estado ...............................................18

Figura 15 Esquema de las tramas de píxeles de imágenes. ........................18

Figura 16 Detalle de la trama de datos de estado ........................................21

Figura 17 Gráfico del proceso de cálculo de la fila y columna de imagen......................................................................................................22

Figura 18 Esquema de la tarjeta de control de motores. ..............................24

Figura 19 Sistema de alimentación de la tarjeta de control de motores. ......25

Figura 20 Polarización de los sensores CNY70. ..........................................26

Figura 21 Conexión de los sensores CNY70................................................26

Figura 22 Polarización de los bumpers.........................................................27

Figura 23 Conexión de los bumpers. ............................................................27

Figura 24 Esquema del driver de motores....................................................28

Figura 25 Conexiones del microcontrolador. ................................................29

Figura 26 Interfaz del programación AVR.....................................................30

Figura 27 Circuito de reset. ..........................................................................30

Figura 28 Lógica de adaptación para la interrupción mecánica....................31

Figura 29 Esquema de la tarjeta de control principal....................................54

Figura 30 Sistema de orientación de la cámara. ..........................................56

Figura 31 Cámara digital M64282FP............................................................57

- 4 -


Figura 32 Interfaz de la tarjeta principal con la cámara. ...............................57

Figura 33 Asignación de terminales de la cámara digital al bus de datos ....58

Figura 34 Conexiones del microcontrolador. ................................................58

Figura 35 Detalle del registro de estado COMM...........................................69

Figura 36 Esquema de funcionamiento de los codificadores de enlace .......72

Figura 37 Placa de control del host ..............................................................82

Figura 38 Detalle del adaptador MAX232.....................................................83

Figura 39 Detalle de la conexión con la tarjeta de radio frecuencia .............83

Figura 40 LEDs de la placa de control..........................................................84

Figura 41 Pines de contacto de la tarjeta de radiofrecuencia WIZ-434-SML-IA..........................................................................................85

Figura 42 Diagrama UML del paquete com.theexbteam.comm....................87

Figura 43 Diagrama UML del paquete com.theexbteam.robots ...................89

Figura 44 Aspecto de la interface gráfica de usuario....................................91

Figura 45 Logotipo del lenguaje de programación Java de Sun Microsystems................................................................................92

Figura 46 Logotipo del proyecto APACHE ANT ...........................................92

- 5 -


ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Pila de protocolos. ........................................................................14

Tabla 2. Configuración de velocidad de las tarjetas WIZ-SML-IA. .............15

Tabla 3. Comandos de motores .................................................................19

Tabla 4. Comandos del sistema .................................................................20

Tabla 5. Comandos de imagen ..................................................................20

- 6 -


1. INTRODUCCIÓN

1.1. OBJETIVOS La práctica se compone de un robot motorizado con dos

servomotores, manipulados para funcionar como motores de continua con

caja reductora, y un sistema de adquisición de vídeo usando una cámara

CCD de 128x128 píxeles monocroma. El sistema está controlado

remotamente por un PC y una aplicación que recibirá las imágenes

capturadas por la cámara del robot y transmitirá las órdenes de

desplazamiento al robot.

El enlace se realiza mediante una tarjeta de radiofrecuencia half-

duplex de 100 kbps de la casa AURºEL. El enlace se controla desde un

PC por el puerto serie, estableciendo una comunicación directa con el

robot.

El robot está gobernado por una tarjeta con un microcontrolador

ATMEL AT90S8515 que se comunica con el PC del usuario, adquiere

datos desde la cámara y puede controlar otra tarjeta similar que conforma

el sistema de control motriz. Esta segunda tarjeta hace funcionar al robot

como un seguidor de línea al incorporar los sensores necesarios. Sin

embargo, el sistema motriz puede ser controlado por el usuario en un

modo de ejecución especial.

La microcámara que se emplea es el modelo M64282FP Artificial

Retina de Mitsubishi Electric o similares. Se orienta mediante un

servomotor a pesar de que el sistema tiene capacidad para controlar dos.

El objetivo buscado es la creación de un robot multifunción,

fácilmente reprogramable. Para ello se ha querido desarrollar una

plataforma multiuso con varios modos de ejecución, así cómo unas

librerías software para la comunicación vía radio y control del sistema.

1.2. DESCRIPCIÓN DEL ROBOT Como se ha descrito antes el robot consta de distintas placas que se

montan sobre una estructura común. Se ha buscado crear un soporte

robusto y compacto para albergar los distintos sistemas del robot.

- 7 -


La estructura es de madera por su fácil manejo y poco peso. En la

parte superior del robot se colocan la batería, la tarjeta de radio, la tarjeta

principal y el sistema de la cámara. En la parte inferior se colocan los

motores y soportes necesarios así como la tarjeta de control de motores y

un bastidor en el que se hayan los sensores CNY70 encargados de la

detección de la línea.

Figura 1 Vista general del prototipo en madera del robot

Figura 2 Vista lateral del robot

- 8 -


La batería utilizada es una batería típica para aplicaciones de

radiocontrol. Es una batería de Ni-Ca con una tensión nominal de 7,2V.

Se ha elegido esta batería por su tamaño y por su durabilidad.

Proporciona potencia suficiente para alimentar todos los sistemas del

robot.

Figura 3 Detalle de la batería del robot

La tarjeta de radio principal forman

el ce

, la cámara y la tarjeta de control

rebro del robot y se describen intensivamente en otros apartados.

Ocupan la parte superior del robot para facilitar el acceso a ellas. La

tarjeta de control tiene varias interfaces. A parte de los distintos

conectores para comunicarse con la tarjeta de radio, la de control de

motores y la cámara dispone de una interfaz de programación integrada.

Figura 4 Tarjeta de control del robot y radio enlace

- 9 -


También dispone de unos LEDs de indicación y un pulsador de reset.

Los LEDs se utilizan para notificar que la alimentación está encendida,

que la programación del microcontrolador está en curso o que se ha

activado una traza de depuración.

En la parte superior delantera también se colocan los sensores de

detección de colisión frontal.

Figura 5 Frontal del robot con los bumpers de colisión

En la parte inferior se colocan los motores sujetos por abrazaderas.

Son dos servomotores manipulados para funcionar como motores de

corriente continua con caja reductora. Los dos motores junto con una

rótula adherida a un zócalo forman el sistema motriz y de apoyo de robot.

- 10 -


Figura 6 Parte inferior del robot.

En la parte inferior también se colocan los sensores de colisión

trasera y los de detección de línea. Los sensores de detección de línea se

colocan en un bastidor ajustable en altura mediante unas gomas. Esto se

debe a que estos sensores tienen que estar cerca de la superficie a

explorar para proporcionar medidas fiables. Además el bastidor impide

que una luz ambiente excesiva induzca ruido en las lecturas.

Figura 7 Detalle del bastidor delantero

La colocación de los sensores se hace de forma que haya dos

sensores centrales que deben estar al mismo tiempo sobre la línea. Los

dos sensores laterales se colocan ligeramente retrasados con respecto a

los otros. Con esta colocación se consigue que si el robot se sale en una

- 11 -


curva por la inercia los sensores laterales sigan detectando la línea. En

este caso el robot deberá intensificar el giro para volver a la situación

deseada. Al estar estos dos sensores retrasados se maximiza la

probabilidad de que sigan detectando la línea si el robot se sale en una

cuerva.

Figura 8 Detalle de los sensores CNY70 del robot.

La tarjeta de control de motores se coloca en el espacio libre bajo el

robot. Consta de dos puertos de sensores, uno para los CNY70 (sensores

de línea) y otro para los bumpers (sensores de colisión). También dispone

de puertos para los motores y para comunicarse con la tarjeta principal.

Los otros dos puertos son el de programación y el de expansión. Este

último no se usa en esta aplicación y el primero es exactamente igual al

de la tarjeta principal.

Figura 9 Tarjeta de control de motores con todos los sensores conectados

En cuanto a la interfaz con el usuario se refiere, a los LEDs de

indicación de la otra tarjeta se añade uno más. También incorpora un

nuevo pulsador, el de marcha. El nuevo LED indica que el sistema motriz

se ha iniciado y está listo para arrancar. Cuando se enciende este LED el

- 12 -


robot espera a que el usuario pulse el botón de marcha para arrancar. El

sistema aplica un retardo antes de moverse para que el usuario pueda

apartar la mano.

- 13 -


2. PROTOCOLOS DE COMUNICACIONES Se han definido dos protocolos de comunicaciones: uno para cada una de

las funciones principales del sistema, el control remoto del robot y el envío de

los datos al control remoto.

La pila de protocolos empleada es la siguiente:

Niveles Protocolos

RESTO END TO END APPLICATION

ENLACE LAPR

FÍSICO RS-232/TTLoRF

Tabla 1. Pila de protocolos.

Dado que solamente existe comunicación con una única unidad remota y

un único host controlador no hace falta especificar ningún sistema de

direccionamiento.

El nivel de enlace lleva a cabo las tareas de entramado, separación de los

distintos protocolos de comunicaciones y en el caso del protocolo de

comandos, asegurar que todos los datos enviados llegan a su destino, tal

como se detalla seguidamente.

2.1. EL NIVEL FÍSICO: ENLACE RADIOFRECUENCIA

La comunicación se lleva a cabo mediante una interface serie con

ocho bits de datos, uno de inicio y otro de parada a través de un enlace

de radiofrecuencia.

Figura 10 Comunicación serie un bit de arranque, 8 de datos y uno de parada.

Este enlace lo realizan las tarjetas Auriel WIZ-434-SML-IA y exige

una fragmentación de datos de 96 bytes por paquete, brindando un canal

de comunicaciones half-duplex de cadencia 100 kbps. Emplea la banda

- 14 -


libre de los 433 MHz para mandar los datos mediante una modulación 2-

FSK.

Figura 11 Módulo de radio frecuencia WIZ-434-SML-IA de Auriel

La interface entre la tarjeta de radiofrecuencia y el host destinatario

se realiza a una tasa binaria configurable entre los 9600 bps y los 115200

bps, siendo esta última cifra la empleada en nuestro sistema dada la alta

tasa de datos que se envían desde la unidad remota hacia el host de

control. La tasa binaria se configura mediante los switches 1 y 2 según la

tabla siguiente:

DS1 DS2 VELOCIDAD (bps) Abierto Abierto 9600 Abierto Cerrado 19200 Cerrado Abierto 57600 Cerrado Cerrado 115200

Tabla 2. Configuración de velocidad de las tarjetas WIZ-SML-IA.

La tarjeta de radiofrecuencia se pone automáticamente a modular la

información a transmitir transcurrido un tiempo igual a 1,5 veces el

período de byte, T:

bout v

TT 82·23·

23 +

==

Para nuestro caso, dado que transmitimos a una cadencia de

115200 bps, resulta:

sTout µ130≈

- 15 -


Sin embargo, según indican las hojas de características del

fabricante, el mínimo tiempo de guarda es de 500µs, que es el Tout que se

usará.

Finalmente, la tarjeta de radiofrecuencia tarda un tiempo Tmod en

modular un paquete de N bytes igual a:

,156.0)·2(6.3mod msNmsT ++=

durante el cual no se puede mandar ningún dato a la tarjeta, pues

ésta los descarga automáticamente. El fabricante recomienda guardar

como precaución unos pocos milisegundos más antes de mandar el

siguiente paquete de datos, por lo que se ha tomado un valor de tiempo

de seguridad adicional de 2ms.

El módulo WIZ-SML-IA proporciona además capacidad de detección

de errores, activando el switch 3, entrega únicamente los datos si éstos

han pasado satisfactoriamente el checksum al que son sometidos. Para

nuestro caso, hemos usado esta característica para evitar sobrecargar el

microprocesador principal.

2.2. NIVEL DE ENLACE: LAPR

La información que se debe transferir a través del enlace

radiofrecuencia puede ser de dos tipos: órdenes o comandos y datos de

estado o imágenes. Dado que sólo se dispone de un único canal se

precisa de una multiplexación en el tiempo para poder transmitir toda esta

información y no tener problemas de mala interpretación.

Por ello se define el protocolo de enlace LAPR (Link Access Protocol

for Robots.) Este protocolo ofrece dos tipos de servicio, cada uno

orientado a cubrir las necesidades de envío de comandos o de datos. Las

tramas de bits se transmiten con un separador de trama, que es el byte

01111110 (126 en decimal) seguido de la cabecera identificadora de

servicio, la cabecera de control y los datos a enviar.

Cada servicio se identifica a través de un único bit LSAPID (Link

Service Access Point Identifider.) Así:

- 16 -


• LSAPID 0 Servicio de Comandos. Este servicio es un servicio

orientado a conexión fiable y confirmado. Se emplea para transmitir

desde el host de control a la unidad remota las órdenes, y por ello cada

orden es confirmada por el robot enviando una trama de ACK de

Comando:

Envío de Comando:

01111110 LSAPID 0 C FR ID COMANDO 7 0 7 6 5 0 7 0

Byte 0 Byte 1 Byte 2

Figura 12 Esquema de las tramas de comandos.

Para enviar un comando, la cabecera de control deberá incluir

su bit más significativo puesto a cero, seguido de cinco bits que

indican el identificador de trama (C FR ID.) El siguiente byte es el

comando a transmitir. Los dos últimos bytes, al ser ‘datos’, son

codificados para evitar que cadenas de la forma 01111110 se

confundan con separadores de trama, pudiendo llegar a ocupar, a

nivel físico 4 bytes el envío (sin contar con los bits de arranque y

parada.) Así, la ventana de transmisión de comandos queda con un

tamaño de 64 comandos, permitiendo ráfagas de hasta 64 órdenes.

En la implementación del software de control, la ventana no se

desplaza hasta haber recibido los ACKs de todos los comandos

recibidos.

Este servicio reenvía automáticamente los comandos no

confirmados hasta que sean confirmados, o bien se envíe el

comando reservado 0xFF de sincronización (función de

inicio/sincronización de la conexión.)

Envío de ACK de Comando:

01111110 LSAPID 1 C FR ID 7 0 7 6 5 4

Byte 0 Byte 1

Figura 13 Esquema de las tramas de ACK de comando.

Para confirmar un comando, el servicio 0 de enlace manda

automáticamente una trama compuesta por el separador de trama,

el LSAPID 0 y en la cabecera de control, el bit más significativo (ACK)

- 17 -


activo, seguido de los cinco bits del ID de trama. Los ACKs se

envían siempre que, o bien se haya recibido un comando con

FRAME ID igual al esperado o bien se haya recibido un comando ya

recibido anteriormente, y que por tanto, el hueco de la ventana de

recepción correspondiente a su FRAME ID contenga dicho comando.

• LSAPID 1 Servicio de Datos. Este servicio es un servicio no

orientado a conexión fiable y no confirmado. Independientemente de

que el host remoto esté escuchando, el robot transmite continuamente

el estado de la unidad y, salvo orden expresa del host de control, los

datos de la cámara. Como se puede transmitir tanto el estado como

píxeles de la cámara se sigue el siguiente criterio:

Envío de Estado:

01111110 LSAPID 0 IHB GL 7 0 7 6 5 4 3 2 1 0

Byte 0 Byte 1

Figura 14 Esquema de las tramas de estado

Donde se disponen de seis bits para los datos de estado. En el

apartado “Protocolo de datos” se explica detalladamente el uso de

cada uno de ellos.

Envío de Píxeles de Imágenes:

01111110 LSAPID 1 I ROW# PIXELES(…) 7 0 7 6 5 0 7 0

Byte 0 Byte 1 Byte 2,3…

Figura 15 Esquema de las tramas de píxeles de imágenes.

La cabecera de control incluye en sus seis bits menos

significativos los seis menos significativos de la fila a la que

pertenecen los píxeles que se reciben. La recomposición de la

imagen se detalla en el apartado “Protocolo de datos.”

2.3. PROTOCOLO DE COMANDOS

La implementación del protocolo de comandos destina un byte para

el envío de comandos, permitiendo el uso de hasta 256 órdenes distintas.

Las órdenes se dividen en tres tipos: mecánicas o de motores, de sistema

o de imagen.

- 18 -


2.3.1. ÓRDENES DE MOTORES Las órdenes de motores se enmascaran con los dos bit más

significativos puestos a cero (00xxxxxx.) Se han definido catorce

órdenes de movimiento distintas que recogen todas las posibilidades

que se pueden realizar con los dos motores principales del robot.

Estas órdenes, con la máscara 0000xxxx se envían directamente

desde la tarjeta de control principal del robot hacia la tarjeta de

control de motores, que automáticamente pasa al modo manual.

Asimismo, la orden 1410 = 0x0E, de ‘MODO_AUTOMÁTICO’

no se envía a la tarjeta de control de motores. En vez de ello, lo que

se hace es poner el bit “MODE” (PC5) a 0 (automático.)

El conjunto de comandos de motores es el siguiente:

Nombre HEX Descripción Recto 0x00 Desplazamiento hacia delante. Giro Derecha 0x01 Gira a la derecha. Giro Izquierda 0x02 Gira a la izquierda. Marcha Atrás 0x03 Desplazamiento hacia atrás. Desvío Derecha 0x04 Desplazamiento hacia delante y la

derecha. Desvío Izquierda 0x05 Desplazamiento hacia delante y la

izquierda. Gira Derecha Trasero 0x06 Desplazamiento hacia atrás y la

derecha. Gira Izquierda Trasero 0x07 Desplazamiento hacia atrás y la

izquierda. Acelerar 0x08 Aumentar la velocidad global. Reducir 0x09 Decrementar la velocidad global. Busca Línea Y Para 0x0a Busca la línea y para los motores. Rota Derecha 0x0b Rotación (mueve dos motores) a la

derecha Rota Izquierda 0x0c Rotación (mueve dos motores) a la

izquierda No Definido 0x0d No definido Modo Automático 0x0e Pasa a modo automático de

seguimiento de líneas. Paro Total 0x0f Paro completo de los motores

Tabla 3. Comandos de motores

Todas las órdenes con máscara 00XXyyyy, con XX distinto de

00 e ‘y’ 0 ó 1 indistintamente no son procesadas actualmente, pero

se pueden implementar nuevos movimientos del robot.

- 19 -


2.3.2. ÓRDENES DEL SISTEMA Actualmente existen únicamente dos comandos de sistema a

parte del comando reservado 0xff:

Nombre HEX Descripción Ping 0xC1 Petición de respuesta, para comprobar

si la unidad remota responde. System Reset 0xCF Reset completo de la tarjeta de control

del robot. RESERVADO 0xFF Conexión interna, no permitido su

envío. Tabla 4. Comandos del sistema

Las órdenes de sistema se enmascaran con los dos bits más

significativos puestos a uno.

2.3.3. ÓRDENES DE IMAGEN Las órdenes de imagen se emplean para controlar la cámara

digital basada en el chip M64282FP de Mitsubishi. Con estos

comandos se puede iniciar o detener la captura de imágenes,

cambiar los modos de captura o alterar el tiempo de exposición.

También gestiona los movimientos los servos de la cámara para

orientar la vista del robot. Se emplea la máscara 01xxxxxx para

diferenciarlos del resto de comandos.

Nombre HEX Descripción Mira Al Frente 0x40 Centra la vista al frente Mira a la derecha 0x41 Gira el servo horizontal a la derecha Mira a la izquierda 0x42 Gira el servo horizontal a la izquierda Mira arriba 0x43 Gira el servo vertical hacia arriba Mira abajo 0x44 Gira el servo vertical hacia abajo Inicia captura Activa la señal START de inicio de

captura. Reset cámara Reinicia la cámara con los valores por

defecto de la misma. Carga Registros 0x59 Carga los ocho registros de

configuración de la cámara. Fija Registro xxx 0x50-57 Fija como registro activo el contenido en

los tres bits menos significativos. Fija Dato Bajo xxxx 0x70-7f Fija los cuatro bits menos significativos

del registro activo como los cuatro bits menos significativos del comando

Fija Dato Alto xxxx 0x60-6f Fija los cuatro bits más significativos del registro activo como los cuatro bits menos significativos del comando.

Tabla 5. Comandos de imagen

- 20 -


Las primeras cinco órdenes se envían directamente al

microcontrolador de servos basado en un PIC16F84. Se envían a

través de cuatro pines, soportando el PIC16F84 ampliaciones de

funciones con el puerto de expansión de cuatro contactos.

Para cargar un registro de la cámara con un byte dado,

primeramente se deberá fijar el registro activo mediante ‘Fija

Registro xxx.’ Seguidamente, se cargan, en orden indistinto la parte

baja y la parte alta del byte a cargar mediante ‘Fija Dato Bajo xxxx’ y

‘Fija Dato Alto xxxx.’ Finalmente se manda el comando ‘Carga

Registros’ para que se actualicen todos los registros de la cámara.

2.4. PROTOCOLO DE DATOS

2.4.1. ESTADO DEL ROBOT Los seis bits menos significativos del segundo byte de la trama

de datos de estado contienen distintos parámetros que monitorizan

el estado del robot:

01111110 LSAPID 0 IHB GL 7 0 7 6 5 4 3 2 1 0

Byte 0 Byte 1 Figura 16 Detalle de la trama de datos de estado

• IHB: bit 6, se pone a uno cuando el robot está transmitiendo las

filas mayores o iguales a 64 (64-127) de la imagen. Se emplea en

el gestor de imágenes para determinar la fila en la que almacenar

los datos de píxeles recibidos.

• 5-1: No usados en la implementación actual

• GL: bit 0, indica cuando está a uno que los sensores CNY70 de

la tarjeta controladora de motores han detectado la presencia de

la línea guía.

2.4.2. RECOMPONIENDO LA IMAGEN El software de gestión de imagen deberá encargarse de la

tarea de recomposición de la imagen a partir de los píxeles que

reciba del robot.

- 21 -


Las tramas de datos de imagen son de longitud variable de

como mucho 96 bytes, y la cabecera contiene los seis bits menos

significativos de la fila a la que pertenecen los píxeles recibidos. La

cámara digital tiene una resolución de 128x128 píxeles y cada uno

de ellos se lee con una resolución de 256 niveles de gris. Al recibir

los datos, el software de gestión de cámara deberá ir alojando

consecutivamente los píxeles que reciba a partir de la posición de

columna cero y hasta alcanzar la posición de columna 127. La fila en

la que deberá guardar los datos se calcula tomando el bit de estado

IHB como bit más significativo y sumándole los seis bits menos

significativos contenidos en la cabecera de la trama de imagen:

[ ]0..52· 6 CABECERAIHBn fila +=

Para evitar problemas de desincronización entre el píxel

mandado por la unidad remota y el software de control se envía

siempre que se inicia la trama la información necesaria para poder

determinar si se ha pasado a enviar la información de la siguiente fila.

F A

s

lí

IL

LSAPID 1 I ROW# 7 6 5 0

Byte 1

LSAPID 0 IHB 7 6 5 4 3 2

Byte 1

COLUMNA

*26

Figura 17 Gráfico del proceso de cálcul

Finalmente, aunque la aplicació

i alcanza la columna 127, pasará a

nea, descartando todos los datos q

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COLUMNA

FILA

GL 1 0

Aplicación de control

o de la fila y columna de imagen.

n de control reciba más datos,

utomáticamente a la siguiente

ue reciba hasta que vuelva a


encontrar un inicio de trama de imagen con un valor de línea de

imagen válido.

Todas estas tareas las realiza de forma automática la clase

ImageCore del paquete com.theexbteam.robots que se describe en

la parte de la aplicación de control remoto.

- 23 -


3. TARJETA DE CONTROL DE MOTORES

3.1. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE Esta tarjeta fue creada con la idea de independizar los sistemas

motrices y de detección de línea del control de la cámara y de la tarjeta

de radio. Esta tarjeta es como la de cualquier microrobot seguidor. Se

pueden diferenciar cuatro bloques en la tarjeta, alimentación, sensores,

driver de motores y procesado. El esquema de la tarjeta es el que

muestra la figura.

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

1 4.0

Tarjeta de control de motores para Robot LSED

A4

1 1Monday , June 23, 2003

D14DEP

R1470

U4A

7432

1

23

U1 L7805/TO220

VIN1

GND3

VOUT2

U4B

7432

4

56

J5PWR_IN

12

+ C3220uF

+C4100uF

C1100nF

C2100nF

U4D

7432

12

1311

+5V

+5V

R13220

U4C

7432

9

10

147

R8220

U2 L293

1A2

2A7

3A10

4A15

1/2EN1

3/4EN9

1Y 3

2Y6

3Y 11

4Y14

VCC116

VCC28

R9 47K

J6MOT1

12

J7MOT2

12

D11READY

R18470

+5V

+5V

+5V+7,2V

R231K

R19 10K

R20 10K+5V

+5VJ1

EXPAN

1234

J16

PROGRAMADOR

13579

246810

J4PWR_OUT

12

SW1RESET

SW2MARCHA

R1410K

R151K

R1610K

R171K

+5V +5V

C11100nF

C12100nF

R5 47K

+5V

J14

BUMPER3

1234

+5V

R10 10K

C6100nF

+7,2V

R11 10K

C10100nF

D12PROG

R21 470

+5V

+5V

D31N4001

+5V

D41N4001

D5

1N4001

D6

1N4001

J15

BUMPER4

1234

+C9100uF

D13DIODO_RST

Y1

8MHz C815pF

C715pF

U3 AT90S8515

RST9

XTAL218 XTAL119

GN

D20

OC1B29ALE 30

ICP31

VCC40

PC0/A8 21

PC1/A922

PC2/A10 23

PC3/A1124

PC4/A12 25

PC5/A1326

PC6/A14 27

PC7/A1528

PD0/RXD10

PD1/TXD 11

PD2/INT012

PD3/INT1 13

PD414

PD5/OC1A 15

PD6/WR16

PD7/RD 17

PB0/T01

PB1/T12

PB2/AIN03

PB3/AIN14

PB4/SS5

PB5/MOSI6

PB6/MISO7

PB7/SCK8

PA0/AD039

PA1/AD138

PA2/AD237

PA3/AD336

PA4/AD435

PA5/AD534

PA6/AD633

PA7/AD732

D7

1N4001

+7,2V

+7,2V

D8

1N4001

+7,2V

J12

BUMPER1

1234

J13

BUMPER2

1234

D91N4001

D10

1N4001

R22 10K

+7,2V

D1PWR_ON

R3470

J8

CNY1

1234

J10

CNY3

1234

J9

CNY2

1234

J3

TARJ_PPAL

12345678

J11

CNY4

1234

R12220

R4 47K

R6220

R7 47K

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

+5V

MODE

MOTAC2MOTAC3GOT_LINE

MOTAC0MOTAC1

MARCHA

8

BUMPER3

BUMPER4BUMP_TRAS

BUMP_TRAS

MODE

MOTAC3GOT_LINE

MOTAC0MOTAC1MOTAC2

EXP1

MOT1_DIR0

EXP2EXP3EXP4

BUMPER4

MOT1_DIR1MOT2_DIR0MOT2_DIR1

EXP1

BUMPER3

EXP2

EXP3EXP4

MARCHARESET

EN_MOT1

CNY2

EN_MOT2

MOSI

RST

CNY1

SCKMISO

CNY3

MOSI

CNY4

MISOSCK

MOT1_DIR0MOT1_DIR1

MOT2_DIR1MOT2_DIR0

INT_MEC

BUMPER1

BUMPER2

RESET

RESET

XTAL2

MODEINT_MEC

CNY1

EN_MOT1

CNY2

EN_MOT2

CNY3CNY4

BUMPER1BUMPER2BUMPER3BUMPER4

XTAL1XTAL2

XTAL1

Figura 18 Esquema de la tarjeta de control de motores.

Para un mayor detalle, véase la figura 2 del apéndice B.

3.1.1. ALIMENTACIÓN Este es un bloque fundamental pues la alimentación tiene que

estar muy estabilizada porque los motores son una fuente de ruido

impulsivo en las líneas de alimentación. La estabilización se

consigue separando la alimentación de los motores de la del resto

de la tarjeta.

- 24 -


Los motores se alimentan directamente desde la batería de

7,2V. El resto de la tarjeta necesita una tensión de alimentación de

5V, lo que se consigue mediante el regulador L7805. La

estabilización se realiza filtrando la alimentación con unos

condensadores de capacidad elevada. Los filtrados críticos se han

de realizar antes y después del regulador y en la entrada de potencia

de los drivers de motores. Con este montaje el ruido impulsivo no

afecta al correcto funcionamiento del sistema. Los motores toman la

carga almacenada en los condensadores en los picos de tensión y

no de la batería por lo que se evitan caídas de tensión en la

alimentación de a lógica de control.

U1 L7805/TO220

VIN1

GND3

VOUT2

J5PWR_IN

12

+ C3220uF

+C4100uF

C1100nF

C2100nF

+5V+7,2V

J4PWR_OUT

12

D1PWR_ON

R3470

Figura 19 Sistema de alimentación de la tarjeta de control de motores.

3.1.2. SENSORES El robot ha de ser capaz de orientarse automáticamente. Para

la orientación deberá seguir una línea negra sobre un fondo blanco.

Adicionalmente se han de poder detectar posibles colisiones con

obstáculos.

Para poder seguir la línea se utilizan unos sensores de

infrarrojos tipo CNY70. Estos sensores integran un fotodiodo que

emite radiación infrarroja y un fototransistor que se polariza en

función de la radiación recibida. Si el sensor está sobre una

superficie negra la radiación emitida por el fotodiodo no se refleja y

el fototransistor está en situación de corte. Por el contrario, si el

sensor se posiciona sobre una superficie blanca el fototransistor

capta la radiación emitida por el fotodiodo.

La red para poder usar estos transistores es muy simple. Se

ha de polarizar el fotodiodo para que emita siempre con una

- 25 -


potencia lo suficientemente alta para que la radiación pueda ser

detectada. El fototransistor también se ha de polarizar para que este

en la zona activa o en corte dependiendo de la luz incidente en la

base. Los niveles entregados por el transistor han de ser

compatibles con la lógica empleada. El esquema de polarización es

el que se muestra en la siguiente figura.

CNY70

2 314

R147K

R2220

+5V

+5V

Figura 20 Polarización de los sensores CNY70.

Con esta red se satisfacen los requisitos mencionados. Hay

que tener cuidado al conectar los sensores a la placa. El usuario se

ha de cerciorar de que la conexión al molex verifica el esquema de la

siguiente.

CNY70

2 314

+5V

+5V

J1

CNYx

1234

R2220

R1 47K

OUT

Figura 21 Conexión de los sensores CNY70.

La lectura del valor del CNY por el microcontrolador se realiza

por la línea out. Un valor 0 indica que el sensor está sobre la línea

negra, un valor 1 indica todo lo contrario.

Como medida de seguridad, para evitar dañar el sensor o

lecturas erróneas, las conexiones se han de aislar bien. En nuestro

caso se usó un aislante termoretráctil para aislar cada una de las

patas del sensor de las demás. También hay que destacar que los

- 26 -


sensores se colocan en una pieza de madera que no deja pasar la

luz. Esto es importante porque contribuye a eliminar la luz ambiental

haciendo las lecturas más fiables.

Para poder detectar obstáculos en el camino se usaron unos

sensores tipo bumper. Estos elementos no son en realidad sensores

sino pulsadores en un encapsulado especial. La red de polarización

será por lo tanto muy simple y se corresponde a la mostrada en la

siguiente figura.

BUMPER

R110K

+5V

+5V

NC

NO

OUT

NC

NO

Figura 22 Polarización de los bumpers.

La conexión con los molex ha de ajustarse el esquema que se

muestra a continuación para que las lecturas sean correctas.

BUMPER

J1

BUMPERx

1234

R1 10K+5V

Figura 23 Conexión de los bumpers.

3.1.3. DRIVER DE MOTORES La tarjeta de control incluye el circuito de potencia necesario

para atacar el sistema motriz del robot. Los dos motores que

conforman este sistema se excitan a través de un circuito

denominado puente en H. Este tipo de circuitos permiten que los

niveles lógicos de la tarjeta controlen las grandes corrientes que

circulan por los devanados de los motores.

Se ha optado por un puente en H integrado que permite la

rotación en ambos sentidos de los dos motores, el L293. La

configuración elegida hace que cada motor se controla con tres bits,

dos para seleccionar el sentido de giro y otro para arrancarlo. Los

- 27 -


bits para seleccionar el sentido de giro pueden parar el motor si

toman el mismo valor. Si toman distintos valores estos bits los

motores girarán en distintos sentidos. Para la misma combinación

cada uno de los motores gira en sentidos contrarios debido a su

orientación. El tercer bit se conecta a uno de los canales PWM del

microcontrolador para poder controlar la velocidad de giro. Este

control se realiza variando el ciclo de trabajo del PWM. El esquema

de este bloque es el de la figura siguiente.

U2 L293

1A2

2A7

3A10

4A15

1/2EN1

3/4EN9

1Y3

2Y6

3Y11

4Y14

VCC116

VCC28

J6MOT1

12

J7MOT2

12

+5V

C6100nF

+7,2V

C10100nF

D31N4001

D41N4001

D5

1N4001

D6

1N4001+C9

100uF

D7

1N4001

+7,2V

+7,2V

D8

1N4001

+7,2V

D91N4001

D10

1N4001

+7,2V

MOT1_DIR0MOT1_DIR1MOT2_DIR0MOT2_DIR1

EN_MOT1EN_MOT2

Figura 24 Esquema del driver de motores.

En el esquema se puede observar que la lógica se alimenta a

5 voltios mientras que los devanados de los motores se alimentan

directamente de las baterías. Se ha comentado ya que los motores

producen un ruido impulsivo por lo que hay que tener en cuenta esto.

Para este fin hay que filtrar la alimentación de la línea de potencia

del puente en H (condensador 9 en el esquema) y las conexiones de

los motores (condensadores 6 y 10 en el esquema).

Este ruido impulsivo puede además dañar los motores puesto

que la tensión de trabajo está ligeramente por encima de la nominal

de los motores. Esta situación provoca que los devanados de los

motores se puedan fundir si el ruido es demasiado fuerte. Para evitar

esto es necesario conectar unos diodos de protección que eviten las

oscilaciones de la tensión de alimentación y absorban los excesos

de corriente que dañarían los motores.

- 28 -


3.1.4. PROCESADO Este bloque de la tarjeta tiene como finalidad coordinar el

funcionamiento de los bloques de sensores y driver de motores

además de realizar las órdenes recibidas de la tarjeta principal.

El núcleo de este bloque es el microcontrolador, como era de

esperar. Este se encarga de todo el procesado. En la figura 2.7 se

puede ver la disposición de los puertos.

D14DEP

R1470

D11READY

R18470

U3 AT90S8515

RST9

XTAL218 XTAL119

GN

D20

OC1B29ALE30

ICP31

VCC40

PC0/A821

PC1/A922

PC2/A1023

PC3/A1124

PC4/A1225

PC5/A1326

PC6/A1427

PC7/A1528

PD0/RXD10

PD1/TXD11

PD2/INT012

PD3/INT113

PD414

PD5/OC1A15

PD6/WR16

PD7/RD17

PB0/T01

PB1/T12

PB2/AIN03

PB3/AIN14

PB4/SS5

PB5/MOSI6

PB6/MISO7

PB7/SCK8

PA0/AD039

PA1/AD138

PA2/AD237

PA3/AD336

PA4/AD435

PA5/AD534

PA6/AD633

PA7/AD732

+5V

MODE

MOTAC2MOTAC3GOT_LINE

MOTAC0MOTAC1

MARCHA

BUMP_TRAS

EXP1EXP2

EXP3EXP4

MOSIMISOSCK

MOT1_DIR0MOT1_DIR1

MOT2_DIR1MOT2_DIR0

RESET

MODEINT_MEC

CNY1

EN_MOT1

CNY2

EN_MOT2

CNY3CNY4

BUMPER1BUMPER2BUMPER3BUMPER4

XTAL1XTAL2

Figura 25 Conexiones del microcontrolador.

Los sensores se conectan al puerto C. Este puerto no tiene

ninguna funcionalidad adicional por lo que no se sacrifican recursos

en la lectura de los sensores.

El control de la dirección de los motores se hace con los cuatro

bits menos significativos del puerto B. El bit 5 se usa como traza de

depuración, se le conecta un LED que el usuario puede encender

por software para controlar la ejecución del programa. El resto de los

bits de este puerto se utilizan para el programador serie. La interfaz

de este programador es la que especifica el fabricante para este

modelo. Su esquema se puede ver en la figura.

- 29 -


J16

PROGRAMADOR

13579

246810

+5VD12

PROG

R21 470

+5V

D13DIODO_RST

R22 10K

MOSI

RSTSCKMISO

RESET

RST

RESET

Figura 26 Interfaz del programación AVR.

El LED PROG se ilumina mientras se esté programando el

microcontrolador. El otro diodo sirve para que el programador pueda

forzar un reset si pone RST a cero. Sin embargo en condiciones

normales el reset estará a nivel alto. El circuito completo que se

conecta a la pata de reset del microcontrolador es el que muestra la

siguiente figura.

D13DIODO_RST

R22 10K+5V

SW1RESET

R1410K

R151K

+5V

C12100nF

Figura 27 Circuito de reset.

Como se puede observar, mientras que el pulsador no se

presione o no se fuerce externamente RST a 0V, la señal de reset

estará a nivel alto. Sin embargo, en el momento en el que se pulse el

botón de reset hardware o se fuerce RST a 0V, la línea RESET

tomará un voltaje que el microcontrolador interpretará como nivel

bajo, ejecutándose la rutina de reset.

El puerto A se destina a la interacción con agentes exteriores.

Por agentes exteriores nos referimos al usuario o a la tarjeta

principal. Los dos bits más significativos se destinan a interactuar

con el usuario.

- 30 -


Una vez se ha ejecutado la rutina de reset el robot queda en

espera hasta que la línea MARCHA (bit 6 del puerto A) toma un 0

lógico. Esta situación de espera se indica encendiendo el LED

READY (bit 7 del puerto A). Cuando el usuario presione el pulsador

MARCHA (ver figura 2.1) el robot empezará la ejecución del

programa de modo automático tras aplicar un retardo.

Los otros seis bits se utilizan para la comunicación entre

tarjetas. El bit cinco indica el modo en el que se tiene que ejecutar el

programa de motores. Si está a nivel alto el modo será el automático,

sino, será manual. El bit menos significativo lo activa el

microprocesador cuando se coloca sobre la línea al ejecutar la orden

de buscar y parar. El resto de los bits determinan el código de la

orden que debe ejecutar el robot en modo manual.

Al puerto D se conectan otras señales de control. Los bits 0, 1,

6 y 7 son bits de expansión y no se usan en esta aplicación. Los bits

2 y 3 son las interrupciones externas.

La interrupción 0 es la de modo, cuando MODE conmuta a

cero se dispara la interrupción y se pasa a ejecutar el modo manual.

La interrupción 1 se dispara cuando alguno de los dos bumpers

delanteros detecta un choque o el robot se separa de la línea. Sin

embargo, en esta aplicación en la tarjeta se a cortado la pista que

detecta que se ha separado de la línea. Para que la interrupción 1

funcione como se ha descrito es necesario añadir la siguiente lógica

de adaptación.

U4A

7432

123

U4B

7432

456

U4C

7432

9108

147

+5V

CNY2

CNY1

BUMPER2

BUMPER1

INT_MEC

Figura 28 Lógica de adaptación para la interrupción mecánica.

- 31 -


El bit 4 le indica al microprocesador si ha habido una colisión

por detrás. Los otros dos bits que faltan por comentar son las salidas

de los canales PWM que son OC1A y OC1B.

3.2. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE. El microcontrolador se ha programado íntegramente en lenguaje

ensamblador. El ensamblador elegido es el suministrado por ATMEL para

su familia de controladores AVR. En los siguientes apartados se

describen los distintos módulos del software de la tarjeta de control.

3.2.1. EQUIVALENCIAS Y VECTORES DE INTERRUPCIÓN Para poder variar los parámetros del programa cómodamente

sin producir errores se definen unas variables globales. Para esto se

definen distintos grupos de equivalencias.

El primer grupo de equivalencias se usa para poder trabajar

con los registros de entrada salida y configuración del

microcontrolador usando sus nombres y no sus direcciones. El

código es el sigue a continuación.

; Registros de entrada y salida

.EQU SREG = 0x3f

.EQU SPH = 0x3e

.EQU SPL = 0x3d

.EQU GIMSK = 0x3b

.EQU GIFR = 0x3a

.EQU TIMSK = 0x39

.EQU TIFR = 0x38

.EQU MCUCR = 0x35

.EQU TCCR0 = 0x33

.EQU TCNT0 = 0x32

.EQU TCCR1A = 0x2f

.EQU TCCR1B = 0x2e

.EQU TCNT1H = 0x2d

.EQU TCNT1L = 0x2c

.EQU OCR1AH = 0x2b

.EQU OCR1AL = 0x2a

.EQU OCR1BH = 0x29

.EQU OCR1BL = 0x28

- 32 -


.EQU ICR1H = 0x25

.EQU ICR1L = 0x24

.EQU WDTCR = 0x21

.EQU PORTA = 0x1b

.EQU DDRA = 0x1a

.EQU PINA = 0x19

.EQU PORTB = 0x18

.EQU DDRB = 0x17

.EQU PINB = 0x16

.EQU PORTC = 0x15

.EQU DDRC = 0x14

.EQU PINC = 0x13

.EQU PORTD = 0x12

.EQU DDRD = 0x11

.EQU PIND = 0x10

Los parámetros principales con los que trabaja la tarjeta son

los ciclos de trabajo de los PWM y los bits de dirección de los

motores. Para poder ajustar fácilmente los valores de estos

parámetros se usa otro grupo de equivalencias.

;Constantes de velocidad y dirección para los motores

;Duty cycle = 80%

.EQU VEL_MAX = 0x0332

;Duty cycle = 40%

.EQU VEL_MED = 0x0199

;Duty cycle = 60%

.EQU VEL_MAX2 = 0x0266

;Duty cycle = 20%

.EQU VEL_MED2 = 0x0133

;Parada rápida

.EQU STOP = 0x00

;Marcha directa

.EQU GO = 0x06

;Giro a la izquierda

.EQU LEFT = 0x02

;Giro a la derecha

.EQU RIGHT = 0x04

;Marcha inversa

.EQU BACK = 0x09

;Rotación a la izquierda

- 33 -


.EQU RLEFT = 0x0a

;Rotación a la derecha

.EQU RRIGHT = 0x05

Los últimos parámetros que conviene poder ajustar son los de

la rutina de retardo. Esto es necesario para controlar la distancia que

recorre el robot durante la interrupción de choque tal y como se verá

más adelante. Las equivalencias mencionadas se listan a

continuación.

;Constantes para la rutina de retardo

;Retardo por vuelta

.EQU RET_V = 0xff

;Número de vueltas

.EQU VUELTAS = 0xff

En el mismo archivo se incluye la tabla de vectores de

interrupción. Esta tarjeta solo debe procesar tres fuentes de

interrupción, que son la de reset y las dos externas. Si se dispara

cualquier otra interrupción se debe a un error por lo que el

microprocesador ha de ejecutar la rutina de reset para que el usuario

se percate de ello y depure el programa. La tabla se describe a

continuación.

.ORG 0x000

;Salto a rutina de reset

rjmp RESET

;Salto a rutina de cambio de modo

rjmp INT_MODE

;Salto a rutina de desvío o colisión

rjmp INT_MEC

;Si saltan estas interrupciones se debe a un error

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

- 34 -


rjmp RESET

3.2.2. RUTINA DE RESET Esta rutina debe configurar el timer 1 para funcionar como un

PWM de dos canales, los sentidos (entrada o salida) de los puertos,

las fuentes de interrupción y el puntero de pila. Para esto el código a

ejecutar se puede consultar en las hojas del fabricante. El código

que se le ha cargado al robot es el aquí listado.

;Código de la rutina de reset

RESET:

clr r16

;Interrup. deshabilitadas

out SREG,r16

;Interrup. de los contadores deshabilitadas

out TIMSK,r16

ldi r16,0xc0

;Interrup. externas permitidas

out GIMSK,r16

ldi r16,0x0f

;Sin RAM externa ni modo SLEEP e interrup. por flanco positivo

out MCUCR,r16

ldi r16,0xa3

;Timer1 como PWM 10-bit no invertido

out TCCR1A,r16

ldi r16,0x02

;Frecuencia del timer1 es CLK/8

out TCCR1B,r16

clr r16

out OCR1AH,r16

out OCR1AL,r16

out OCR1BH,r16

;Ambos canales del PWM siempre a cero (Motores parados)

out OCR1BL,r16

;Timer0 parado

out TCCR0,r16

ldi r16,0x02

out SPH,r16

ldi r16,0x5f

- 35 -


;SP al final de la RAM

out SPL,r16

ldi r16,0x81

ldi r17,0x5f

clr r18

ldi r19,0x20

;Configuración del puerto A

out DDRA,r16

;Configuración del puerto B

out DDRB,r17

;Configuración del puerto C

out DDRC,r18

;Configuración del puerto D

out DDRD,r19

Después de haber configurado el microcontrolador de acuerdo

con nuestras necesidades hay que notificárselo al usuario. Para esto

la tarjeta debe encender el LED de READY y quedarse en espera

hasta que se pulse el botón de MARCHA. Una vez pulsado se aplica

un retardo y comienza la ejecución del modo automático.

;Encendemos el LED de READY

sbi PORTA,7

ESP:

;Si MARCHA no está pulsado esperamos

sbic PINA,6

rjmp ESP

;Apagamos el LED de READY

cbi PORTA,7

;Aplicamos un retardo antes de arrancar

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

;El robot siempre empieza en modo automático

rjmp AUTOMAT

En el momento en el que el robot se queda en espera activa

ejecuta dos instrucciones. La segunda de ellas, la que cierra el bucle,

se salta cuando la pista de marcha se pone a cero.

- 36 -


3.2.3. MODO AUTOMÁTICO El modo automático es el modo de ejecución por defecto.

Cuando la tarjeta de control se haya en este modo el robot se

comporta como un microrobot seguidor normal. Esto quiere decir

que sigue un camino definido por una línea negra sobre un fondo

blanco.

Como se ha visto en los apartados anteriores el robot dispone

de cuatro sensores capaces de distinguir un fondo negro de otro

blanco. Estos sensores se disponen de tal forma que dos de ellos,

los centrales, deben estar siempre sobre la línea negra. Cuando se

produce alguna desviación se debe modificar la marcha de los

motores para recuperar la situación ideal. Adicionalmente, si se

detecta alguna colisión se ejecuta una interrupción que hace que el

robot rodee el obstáculo que la provocó. Sin embargo el código de

esta instrucción se explica en un apartado posterior.

El software correspondiente a este modo se divide en varios

sectores. El primero de ellos es el que se encarga de cargar lo

registros de velocidades con los valores que se van a utilizar,

habilitar las interrupciones y arrancar los motores. Los registros 20 y

21 tienen el valor de configuración del PWM para velocidad media y

los 22 y 23 para la rápida.

AUTOMAT:

ldi r20,HIGH(VEL_MED)

ldi r21,LOW(VEL_MED)

ldi r22,HIGH(VEL_MAX2)

ldi r23,LOW(VEL_MAX2)

;Habilitamos las interrupciones

sei

;Los registros 20 y 21 tienen el valor VEL_MED

;Los registros 22 y 23 tienen el valor VEL_MAX

;Arrancamos ambos PWM a velocidad media

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

- 37 -


Después de haber hecho estos ajustes iniciales comienza el

bucle central del programa que lo único que hace es comprobar una

y otra vez lo que leen los sensores y actúa en consecuencia.

Primero se miran los dos sensores centrales.

BAUT:

;Leemos el puerto C

in r18,PINC

;Operaremos sobre el registro 24

mov r24,r18

;Ponemos a cero todos los bits menos el bit0 y el bit1

andi r24,0x03

;Si no estamos sobre la línea hay que girar

brne GIR1

ldi r17,GO

;Si estamos sobre la línea seguimos recto

out PORTB,r17

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

out OCR1BH,r22

;Fijamos la velocidad al máximo

out OCR1BL,r23

rjmp BAUT

GIR1:

;Ponemos a cero todos los bits menos el bit1

andi r24,0x02

;Si el bit1 no es cero hay que mirar el bit0

brne GIR2

;Si el bit1 es cero es que el bit 0 es 1

ldi r17,GO

;Seguimos hacia delante

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

;El lado de la derecha se ha quedado fuera de la línea

out OCR1BH,r22

;por lo que el motor izquierdo tiene que reducir

out OCR1BL,r23

;Ponemos el flag T a uno (desviados por la derecha)

- 38 -


set

rjmp BAUT

GIR2:

mov r24,r18

;Ponemos a cero todos los bits menos el bit0

andi r24,0x01

;Si los bits 0 y 1 estaban a uno hemos perdido la línea

brne GIR3

;Si estamos aquí es que el bit0 era 0 y el bit1 era 1

ldi r17,GO

;Esto quiere decir que nos hemos desviado por la izquierda

out PORTB,r17

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

out OCR1BH,r20

;El motor derecho tiene que reducir

out OCR1BL,r21

;Ponemos el flag T a cero (desviados por la izquierda)

clt

rjmp BAUT

Se puede ver que si alguno de los dos sensores centrales veía

a la línea no se hacen más comprobaciones y se vuelve al bucle. En

el caso de que los sensores centrales hayan perdido la línea se

consultan los laterales.

GIR3:

;Tenemos que comprobar los CNY secundarios

mov r24,r18

;Comprobamos el valor del CNY4

andi r24,0x08

;Si este CNY no está sobre la línea seguimos comprobando

brne GIR4

;Si tenemos la línea bajo el CNY4 hay que girar a la izquierda

ldi r17,RIGHT

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

- 39 -


;Ambos motores reducen la marcha

out OCR1BL,r21

;Ponemos el flag T a uno (desviados por la derecha)

set

rjmp BAUT

GIR4:

mov r24,r18

;Comprobamos el valor del CNY3

andi r24,0x04

;Si no tenemos línea en ningún CNY hay que buscarla

brne ROT

;Si tenemos la línea bajo el CNY3 hay que girar a la derecha

ldi r17,LEFT

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20


out OCR1BL,r21

;Ponemos el flag T a cero (desviados por la izquierda)

clt

rjmp BAUT

Puede parecer cuando se quiere girar a la derecha se use la

variable LEFT es una incongruencia. Sin embargo, la variable LEFT

indica que el motor derecho se para y el izquierdo sigue avanzando.

Finalmente si se ha perdido la línea por completo se debe parar el

robot y girar sobre sí mismo hasta encontrarla. Es posible que el

lector se haya percatado que en las comprobaciones anteriores se

almacena en el bit T del registro de estado el flanco bajo el cual fue

vista la línea por última vez. El robot rotará en el sentido que indique

este bit.

ROT:

;Antes de invertir los motores hay que pararlos

ldi r17,STOP

;(1 useg aprox.)

out PORTB,r17

brtc ROT2

- 40 -


;Si estamos desviados por la derecha hay que rotar hacia la izquierda

ldi r17,RRIGHT

rjmp RT

ROT2:

;Si no hay que rotar hacia la derecha

ldi r17,RLEFT

RT:

out PORTB,r17


out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

rjmp BAUT

Algo que es muy importante y que el usuario ha de tener en

cuenta es que hay que parar los motores antes de invertirlos.

Aunque en el momento de invertir los motores estos sigan girando

en la dirección anterior no es problemático. En este caso se

produciría un pico de tensión, que es lo que queremos evitar, pero

será mucho menos intenso que si invertimos la marcha con los

motores alimentados. Por este motivo es de gran importancia pasar

por el estado de parada rápida antes de cambiar el sentido de giro

de los motores.

Otro comentario de utilidad e que al leer de los puertos

externos (in rxx,PINX) hay que usar el registro PINX porque si se

usara PORTX la lectura sería incorrecta. Este detalle no viene

especificado en la descripción del microcontrolador y supuso un fallo

en tiempo de ejecución que nos hizo perder mucho tiempo hasta dar

con él .

3.2.4. MODO MANUAL La rutina de motores del robot se puede ejecutar en modo

manual. El usuario envía órdenes que decodifica la tarjeta principal y

se lo notifica a la de control.

- 41 -


La tarjeta de control sabe en qué modo está por el estado de la

pista MODE. Si esta pata está a cero el modo ha de ser el

automático. Un flanco de subida en esta pata provoca una

interrupción de cambio de modo. En la rutina manual el

microcontrolador ha de leer constantemente el puerto A para ver la

instrucción a ejecutar. Al final del bucle ha de comprobar el estado

de MODE para seguir en modo manual o cambiar al modo

automático.

Antes de ejecutar el bucle central de la rutina no hay que hacer

ningún ajuste puesto que todos los cambios los controla el usuario.

Primero se ha de leer la orden y calcular la posición de la tabla de

órdenes a la que se ha de saltar. Como el microcontrolador no tiene

modo indexado hay que sumar el índice, multiplicado por dos, a la

base de la tabla antes del salto.

;Código para el modo manual

MANUAL:

in r16,PINA

lsr r16

;Leemos la orden a los motores

andi r16,0x0f

;Multiplicamos por dos

lsl r16

;Utilizamos el registro z para guardar un offset al que sumamos el número de orden multiplicado por dos para calcular la siguiente instrucción a procesar

ldi r30,LOW(OFFST)

ldi r31,HIGH(OFFST)

add r30,r16

ijmp

Cada celda de la tabla contiene dos instrucciones, por eso hay

que multiplicar el índice por dos. Estas instrucciones son una

llamada a la subrutina asociada a cada orden y un salto a las

comprobaciones finales.

OFFST:

;La orden 0x0 es seguir recto

rcall RECTO

- 42 -


rjmp CMD

;La orden 0x1 es giro derecha

rcall GD1

rjmp CMD

;La orden 0x2 es giro izquierda

rcall GI1

rjmp CMD

;La orden 0x3 es dar marcha atrás

rcall ATRAS

rjmp CMD

;La orden 0x4 es desvio derecha

rcall GD0

rjmp CMD

;La orden 0x5 es desvio izquierda

rcall GI0

rjmp CMD

;La orden 0x6 es giro derecha trasero

rcall GD2

rjmp CMD

;La orden 0x7 es giro izquierda trasero

rcall GI2

rjmp CMD

;La orden 0x8 es acelerar

rcall ACLR

rjmp CMD

;La orden 0x9 es reducir

rcall FRNR

rjmp CMD

;La orden 0xa es buscar línea y parar

rcall BUSCL

rjmp CMD

;La orden 0xb es rotar hacia la izquierda

rcall ROTI

rjmp CMD

;La orden 0xc es rotar hacia la derecha

rcall ROTD

rjmp CMD

;La orden 0xd no está definida

rcall ERR

rjmp CMD

- 43 -


;La orden 0xe no está definida

rcall ERR

rjmp CMD

;La orden 0xf es parar el robot

rcall PARA

Al final del bucle se actualiza el bit T tal y como se explica en

la rutina automática. Esto se hace para mantener una referencia de

la línea. Finalmente, tras comprobar el estado de MODE se vuelve a

saltar al programa correspondiente.

CMD:

in r16,PINA

;Actualizamos el flag T

rcall FLG

;Comprobamos el flag de MODE (PA5)

andi r16,0x20

;Si seguimos en modo manual volvemos al bucle

brne MANUAL

rjmp AUTOMAT

3.2.5. INTERRUPCIONES Las dos interrupciones que se han de comentar son las

debidas a fuentes externas puesto que la de reset se explica en otro

apartado. Estas fuentes pueden indicar un cambio de modo o una

colisión.

El código de la interrupción de cambio de modo es muy

sencillo. Simplemente saca de la pila la dirección de retorno y la

cambia por la de la rutina manual. También para el motor para que

se ejecute la orden que ha provocado la interrupción.

;Código de la interrupción de cambio de modo

INT_MODE:

ldi r17,STOP

;Paramos el robot

out PORTB,r17

pop r27

pop r28

;Modificamos la dirección de retorno para que se ejecute el programa manual

ldi r27,HIGH(MANUAL)

- 44 -


ldi r28,LOW(MANUAL)

push r28

push r27

reti

La otra interrupción es un poco más complicada. Primero se

comprueba que los bumpers siguen presionados, no sea que el

obstáculo se ha desplazado y ha liberado a los bumpers. De todas

formas esta situación es poco probable puesto que entre la

activación de la interrupción y la comprobación pasa un tiempo muy

pequeño. Después de esto, el robot da marcha atrás y aplica un

retardo suficiente para apartarse del obstáculo.

;Código de la interrupción de colisión

INT_MEC:

push r24

push r18

in r18,PINC

mov r24,r18

;Si los bumpers delanteros están sin presionar

andi r24,0x30

;Terminamos con la interrupción

breq FIN

push r17

ldi r17,STOP

;Paramos antes de invertir

out PORTB,r17

push r20

push r21



;Damos marcha atrás

ldi r17,BACK

out PORTB,r17

;Ponemos los motores a velocidad alta

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

out OCR1BH,r22

out OCR1BL,r23

rcall RETARDO

rcall RETARDO

- 45 -


rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

rcall RETARDO

;Paramos antes de invertir

ldi r17,STOP

out PORTB,r17

Después de esto comprueba cual de los dos bumpers golpeó

el obstáculo y gira en consecuencia. Si fueron ambos bumpers los

que golpearon lo que hace es rotar. Después de esto el robot que da

parado. La rutina principal, sea la manual o automática, se

encargará de determinar el siguiente movimiento del robot.

;Comprobamos el valor del bumper1

andi r24,0x10

;Si está a cero el bumper2 está pulsado

brne BP1

;Si hemos chocado por la izquierda giramos a la derecha

ldi r17,RIGHT

out PORTB,r17

rcall RETARDO

ldi r17,STOP

;Paramos después de esquivar

out PORTB,r17

;Hemos terminado

rjmp TER

BP1:

mov r24,r18

;Comprobamos el valor del bumper 2

andi r24,0x20

;si está a cero bumper1 está pulsado

brne BP2

;Si hemos chocado por la derecha giramos a la izquierda

ldi r17,LEFT

out PORTB,r17

- 46 -


rcall RETARDO

ldi r17,STOP

;Paramos después de esquivar

out PORTB,r17

;Hemos terminado

rjmp TER

BP2:

;Colisión frontal

brtc ESQ2


ldi r17,RLEFT

rjmp ESQ

ESQ2:


ldi r17,RRIGHT

ESQ:

out PORTB,r17

rcall RETARDO

ldi r17,STOP

;Paramos después de esquivar y terminamos

out PORTB,r17

TER:

pop r21

pop r20

pop r17

FIN:

;Recuperamos registros y terminamos

pop r18

pop r24

reti

3.2.6. SUBRUTINAS Las subrutinas asociadas a las órdenes del modo manual se

agrupan en un archivo. Estas subrutinas son, en su mayoría, para

avanzar, parar o girar y su código es el mismo que se utiliza en el

resto del programa. Por esta razón no hay mucho que comentar

sobre estas subrutinas. Su código se muestra a continuación.

RECTO:

ldi r17,GO

- 47 -


;El robot irá recto a toda velocidad

out PORTB,r17

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

out OCR1BH,r22

out OCR1BL,r23

ret

GD1:

ldi r17,RIGHT

;El robot girará a la izquierda a velocidad media

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

GI1:

ldi r17,LEFT

;El robot girará a la derecha a velocidad media

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

ATRAS:

;Hay que parar antes de invertir los motores

rcall PARA

ldi r17,BACK

;El robot irá marcha atrás a velocidad media

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

- 48 -


GD0:

ldi r17,GO

;El robot se desviará a la derecha

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r22

out OCR1BL,r23

ret

GI0:

ldi r17,GO

;El robot se desviará a la izquierda

out PORTB,r17

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

GD2:


rcall PARA

ldi r17,BACK

;El robot se desviará a la derecha marcha atrás

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r22

out OCR1BL,r23

ret

GI2:


rcall PARA

ldi r17,BACK

;El robot se desviará a la izquierda marcha atrás

out PORTB,r17

out OCR1AH,r22

out OCR1AL,r23

- 49 -


out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

ROTI:

;Hay que parar antes de invertir motores

rcall PARA

;Rotamos hacia la izquierda

ldi r17,RLEFT

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

ROTD:

;Hay que parar antes de invertir motores

rcall PARA

;Rotamos hacia la derecha

ldi r17,RRIGHT

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

PARA:

ldi r17,STOP

;Paramos los motores

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20

out OCR1BL,r21

ret

Sin embargo, hay algunas subrutinas especiales. Unas de

estas son las de cambio de velocidad global. Lo que hacen es

cambiar los valores almacenados en los registros de velocidad de

- 50 -


acuerdo con los deseos del usuario. Como es lógico estas

subrutinas van asociadas a las ordenes de acelerar y parar.

ACLR:

cpi r22,HIGH(VEL_MAX)

;Si la velocidad no es la normal la aumentamos

brne ACB

ret

ACB:



ldi r22,HIGH(VEL_MAX)

ldi r23,LOW(VEL_MAX)

ret

FRNR:

cpi r22,HIGH(VEL_MAX2)

;Si la velocidad no es la reducida la reducimos

brne FCB

ret

FCB:

ldi r20,HIGH(VEL_MED2)

ldi r21,LOW(VEL_MED2)

ldi r22,HIGH(VEL_MAX2)

ldi r23,LOW(VEL_MAX2)

ret

Otra subrutina especial es la de buscar y parar. Esta subrutina

hace que el robot gire sobre sí mismo hasta encontrar la línea. Una

vez encontrada se queda parado. Para determinar el sentido de giro

hace uso del bit T.

BUSCL:

;Comprobamos los CNY 1 y 2 si no están ambos a cero hay que seguir buscando

in r18,PORTC

andi r18,0x03

brne NOLN

;Si tenemos la línea paramos y lo indicamos en PA0

rcall PARA

sbi PORTA,0

ret

- 51 -


NOLN:

brtc CGIR


ldi r17,LEFT

rjmp SGIR

CGIR:


ldi r17,RIGHT

SGIR:

out PORTB,r17

out OCR1AH,r20

out OCR1AL,r21

out OCR1BH,r20


out OCR1BL,r21

ret

La subrutina de error se asocia a instrucciones reservadas y lo

que hace es encender el LED de depuración para notificar el error.

ERR:

;Encendemos el LED de depuración

sbi PORTB,4

ret

La última subrutina que queda por explicar es la de

actualización del bit T. Esta rutina comprueba las lecturas de los

CNY70 y asigna un valor al bit T del registro de estado dependiendo

de en qué flanco se encuentre la línea.

FLG:

;Leemos el puerto C

in r18,PORTC

;Operaremos sobre el registro 24

mov r24,r18

andi r24,0x03

brne FLG1

;Si estamos sobre la línea el flag no cambia

ret

FLG1:

andi r24,0x01

brne FLG2

- 52 -


;Si el bit0 es cero el bit1 es uno y T se pone a cero (desviados por la izquierda)

clt

ret

FLG2:

mov r24,r18

andi r24,0x02

brne FLG3

;Si el bit1 es cero y el bit1 era 1 T se pone a uno (desviados por la derecha)

set

ret

FLG3:

mov r24,r18

andi r24,0x04

brne FLG4

;Si el CNY3 (bit2) está sobre la línea estamos desviados por la izquierda (T=0)

clt

ret

FLG4:

mov r24,r18

andi r24,0x08

;Si el CNY4 (bit3) está sobre la línea estamos desviados por la derecha (T=1)

brne SAL

set

SAL:

;Si hemos perdido la línea no cambiamos T

ret

- 53 -


4. TARJETA DE CONTROL PRINCIPAL La tarjeta principal se tiene que ocupar de coordinar la cámara, la tarjeta

de radiofrecuencia y la tarjeta de control de motores. Su función principal es

convertir, formatear y agrupar la señal leída por la cámara para su envío por el

enlace de radiofrecuencia. Se tiene que ocupar tanto de la señalización del

canal como de la adquisición de datos.

Eventualmente, recibirá alguna orden que tendrá que decodificar. Estas

órdenes pueden ir dirigidas a la tarjeta de control de motores, a la cámara o al

sistema de orientación de la cámara. Esta tarjeta incorpora también la

circuitería necesaria para orientar la cámara mediante servomotores tipo

FUTTABA.

4.1. DESCRIPCIÓN DEL HARDWARE El hardware que se ajusta a las funciones que ha de desempeñar la

tarjeta se puede ver en el siguiente esquema.

Title

Size Document Number Rev

Date: Sheet of

1 1.2

Tarjeta Principal para Robot LSED

A4

1 1Monday , May 19, 2003

Y2

20MHzC815pF

C915pF

D14DEP

R4470

U1 L7805/TO220

VIN1

GND2VOUT 3

J1PWR_IN

12

+ C1220uF

+C3100uF

C2100nF

C4100nF

+5V

J2PWR_OUT

12

D1PWR_ON

R1470

J3

REGULADOR

1 2

J8

AURIEL

13579

246810 +5V

U2 AT90S8515

RST9

XTAL218 XTAL119

GN

D20

OC1B29ALE 30

ICP31

VCC40

PC0/A8 21

PC1/A9 22

PC2/A10 23

PC3/A11 24

PC4/A12 25

PC5/A13 26

PC6/A14 27

PC7/A15 28

PD0/RXD 10

PD1/TXD 11

PD2/INT0 12

PD3/INT1 13

PD4 14

PD5/OC1A 15

PD6/WR 16

PD7/RD 17

PB0/T01

PB1/T12

PB2/AIN03

PB3/AIN14

PB4/SS5

PB5/MOSI6

PB6/MISO7

PB7/SCK8

PA0/AD039

PA1/AD138

PA2/AD237

PA3/AD336

PA4/AD435

PA5/AD534

PA6/AD633

PA7/AD732

+5V

Y1

8MHz C615pF

C515pF

U4

ADC0820

VIN1

REF+12

REF-11

D02

D13

D24

D35

D414

D515

D616

D717

INT9

OFL18

VCC20

GN

D10

CS13

MODE7

RD8

WR/RDY6

R71K

+5V

SW1RESET

R210K

R31K

J7

CAMARA

123456789

101112

+5V

C7100nF

J10

TARJ_CTRL

12345678

+5V

U3 PIC16F84

GND5VDD

14

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

OSC1/CLKIN16

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/TOCKI3

RB0/INT 6

RB1 7

RB2 8

RB3 9

RB4 10

RB5 11

RB6 12

RB7 13

+5V

J4

SERVO1

321

+5V

J5

SERVO2

321

U5LM385-2.5/TO

12

+5V

J16

PROGRAMADOR1

13579

246810

+5VD12

PROG

R21 470

+5V

D13DIODO_RST

R22 10K

R5 1.2K+5V

J17

EXPANS

1234

CAM1CAM2CAM3

OSC1

OSC1OSC2

OSC2

CAM1CAM2CAM3CAM4

CAM4

TX

RX

XTAL1 XTAL2

XTAL1XTAL2

MODE

GOT_LINEMOTAC3

MOTAC0MOTAC1MOTAC2

PIX0PIX1PIX2PIX3PIX4PIX5PIX6PIX7

RESET

+5V

XRESET

PIX0

SIN

PIX1

LOAD

PIX2

XCLK

PIX3

START

PIX4

READ

PIX5

XRESET

PIX6

SINLOAD

PIX7

XCLKSTARTREADVOUT

GOT_LINEMOTAC3

MODE

VOUT

MOTAC2

MOTAC0MOTAC1

INCAMADCSTR

INCAMADCSTR

SRV1

SRV2

RST

MOSI

MISOSCK

SRV1

RESET

SRV2

RESET

MOSI

RESET

RX

MISOSCK

TX

EXP0EXP1EXP2EXP3

Figura 29 Esquema de la tarjeta de control principal.

Para un mayor detalle, véase la figura 1 del apéndice B.

- 54 -


Se puede ver que la tarjeta se puede descomponer en varios

sectores. Estos sectores son alimentación, control de orientación de la

cámara, interfaz de la cámara y procesado.

4.1.1. ALIMENTACIÓN La tarjeta principal se puede alimentar de dos formas distintas.

Las distintas formas se seleccionan abriendo o cerrando un jumper.

Una forma que tiene de alimentación de la tarjeta principal es

suministrando directamente una tensión estabilizada de 5V a la

entrada pertinente. De esta forma se puede hacer que ambas

tarjetas compartan fuente de alimentación. La tarjeta de control de

motores tiene una salida después del regulador que se puede utilizar

para alimentar la tarjeta principal de esta forma. Para seleccionar

este modo de alimentación hay que dejar abierto el jumper

REGULADOR.

Sin embargo, la tarjeta también cuenta con un sistema de

alimentación autónomo que se utilizará cuando el jumper

REGULADOR esté cerrado. El sistema de alimentación mencionado

es idéntico al de la tarjeta de control de motores (ver apartado 2.1.1).

Conviene señalar que no es conveniente utilizar la

alimentación de la tarjeta de control de motores si el jumper

REGULADOR está cerrado. Esto se debe a que no conviene

cortocircuitar directamente las salidas de los dos reguladores para

no dañarlos.

4.1.2. CONTROL DE ORIENTACIÓN DE LA CÁMARA Como se ha explicado antes, la tarjeta principal puede

controlar dos servomotores para orientar la cámara.

- 55 -


U3 PIC16F84

GND5VDD

14

OSC2/CLKOUT15

MCLR4

OSC1/CLKIN16

RA017

RA118

RA21

RA32

RA4/TOCKI3

RB0/INT6

RB17

RB28

RB39

RB410

RB511

RB612

RB713

+5V

J4

SERVO1

321

+5V

J5

SERVO2

321

+5V

J17

EXPANS

1234

CAM1CAM2CAM3

OSC1OSC2

CAM4

SRV1SRV2

RESET

EXP0EXP1EXP2EXP3

Figura 30 Sistema de orientación de la cámara.

En la figura se puede ver que el elemento central de este

sistema es un microcontrolador PIC. Este microcontrolador se usa

exclusivamente para generar las dos señales PWM necesarias para

orientar los servomotores. Los servomotores se conectan

directamente a la alimentación porque incorporan una lógica que

reduce el ruido impulsivo, por eso no se filtra su alimentación.

El microcontrolador PIC lee la orientación que le da el

microcontrolador principal por las líneas CAM1:4 y varia los ciclos de

trabajo de los servomotores en consecuencia. También consta de un

puerto de cuatro bit s de expansión por si se quisiera aprovechar la

capacidad de procesamiento sobrante para alguna otra tarea.

4.1.3. INTERFAZ DE LA CÁMARA El chip de la cámara es un MITSUBISHI M64282FP. Este CDC,

pese a estar descatalogado actualmente, se puede encontrar

fácilmente en el periférico GameBoy Camera para la video consola

portátil GameBoy de Nintendo, que se puede adquirir de segunda

mano a través de servicios de subasta on-line como e-Bay por

menos de 10$ USD.

La cámara se conecta directamente al microcontrolador a

excepción de la señal de píxel. Esta señal es analógica por lo que es

necesario intercalar un conversor analógico digital para que el

microcontrolador pueda procesar el píxel.

- 56 -


Figura 31 Cámara digital M64282FP

U4

ADC0820

VIN1

REF+12

REF-11

D02

D13

D24

D35

D414

D515

D616

D717

INT9

OFL18

VCC20

GND10

CS13

MODE7

RD8

WR/RDY6

+5V

J7

CAMARA

123456789

101112

+5V U5LM385-2.5/TO

12

R51.2K+5V

PIX0PIX1PIX2PIX3PIX4PIX5PIX6PIX7

+5VXRESETSINLOADXCLKSTARTREADVOUT

INCAM ADCSTR

Figura 32 Interfaz de la tarjeta principal con la cámara.

Los bits que se conectan desde la cámara directamente al

microcontrolador son los bits de configuración y control de ejecución.

- 57 -


La línea de datos de la cámara tiene que sufrir una conversión

analógico-digital.

Figura 33 Asignación de terminales de la cámara digital al bus de datos

La configuración del conversor ha sido extraída de las hojas

del fabricante, Se ha configurado para ser controlado con solo dos

líneas, la INCAM y la ADCSTR. El conversor es de ocho bits y el

rango de conversión se ajusta de 0V a 2,5V. Este rango es

adecuado porque la cámara entrega una señal de 1V pico a pico con

un offset configurable.

4.1.4. PROCESADO La configuración de este sector es análoga a la del mismo

sector en la otra tarjeta. La disposición de señales en el

microcontrolador es la siguiente.

D14DEP

R4470

U2 AT90S8515

RST9

XTAL218 XTAL119

GND20

OC1B29ALE30

ICP31

VCC40

PC0/A821

PC1/A922

PC2/A1023

PC3/A1124

PC4/A1225

PC5/A1326

PC6/A1427

PC7/A1528

PD0/RXD10

PD1/TXD11

PD2/INT012

PD3/INT113

PD414

PD5/OC1A15

PD6/WR16

PD7/RD17

PB0/T01

PB1/T12

PB2/AIN03

PB3/AIN14

PB4/SS5

PB5/MOSI6

PB6/MISO7

PB7/SCK8

PA0/AD039

PA1/AD138

PA2/AD237

PA3/AD336

PA4/AD435

PA5/AD534

PA6/AD633

PA7/AD732

+5V

CAM1CAM2CAM3CAM4

XTAL1XTAL2

XRESET

PIX0

SIN

PIX1

LOAD

PIX2

XCLK

PIX3

START

PIX4

READ

PIX5PIX6PIX7

GOT_LINEMOTAC3

MODE

MOTAC2

MOTAC0MOTAC1

INCAMADCSTR

RESET

MOSI

RX

MISOSCK

TX

Figura 34 Conexiones del microcontrolador.

El puerto A del microcontrolador se destina íntegramente a la

adquisición de los datos convertidos a digital de la cámara. Este

puerto no tenía ninguna otra funcionalidad por lo que no se sacrifica

ningún recurso en la lectura de los datos de la cámara.

El puerto B se divide en dos partes. Los cuatro bits menos

significativos son los que se usan para comunicarle al

- 58 -


microcontrolador PIC la orientación deseada de la cámara. El bit 5,

como pasaba en la otra tarjeta, se destina a un LED de depuración

que ayude a la detección de errores en el software de la tarjeta.

Puede parecer absurdo malgastar una pata para este fin pero

nosotros lo hemos encontrado de vital importancia. La ayuda del

LED de depuración hace que la detección de errores se pueda

realizar de forma empírica, más cómoda, y nos evita tener que

desentrañar el código ejecutado por el microcontrolador.

Por último, los otros tres bits se destinan al programador AVR.

Las conexiones son idénticas a la de la otra tarjeta, así como el

circuito de reset. Por lo que para su consulta remitimos al lector al

apartado de procesado de la tarjeta de control de motores.

Nótese que el microcontrolador PIC carece de programador

integrado en la tarjeta principal. Por consiguiente, se hace

indispensable el uso de un programador PIC independiente.

El puerto C se destina a la comunicación entre tarjetas y al

control del conversor analógico digital. Los seis bits menos

significativos constituyen el otro extremo del bus que se conecta al

puerto A del microcontrolador de la tarjeta de control de motores.

Los dos bits más significativos son los que se utilizan para controlar

la conversión a digital de los datos de la cámara.

Finalmente el puerto D se usa para configurar y controlar la

cámara y para la comunicación con la tarjeta de radio. Los dos bits

menos significativos son los de transmisión y recepción de la UART.

Estos bits se conectan directamente a la tarjeta de radio y no hace

falta ninguna pista adicional. El control de la comunicación serie por

el enlace radio se hace íntegramente vía software ayudándose de

los registros internos de la UART.

Los otros seis bits se utilizan para encender la cámara

(START), temporizarla (XCLK) y configurarla. Al iniciar la cámara es

necesario cargar unos registros internos que tiene para que funcione

de la forma deseada. Esto se consigue mediante una transmisión

- 59 -


serie por SIN, temporizada por XCLK y validada por LOAD. La pista

READ es la notificación de la cámara de que tiene un píxel nuevo

preparado para la conversión.

4.2. DESCRIPCIÓN DEL SOFTWARE La tarjeta de control principal ha de gobernar todo el robot,

recibiendo las órdenes del host remoto, decodificándolas y ejecutándolas.

Además, debe recopilar la información del estado del robot y los datos de

la cámara y enviarlos a través del enlace de radio frecuencia,

implementando las rutinas necesarias para la separación de tramas y la

temporización que exige la tarjeta de radio frecuencia.

Una vez ejecutada la rutina primera de reset y habilitadas las

interrupciones, el programa principal entra en un bucle continuo de

espera activa aguardando a que se produzcan las interrupciones

programadas:

• Interrupción del Timer0, que da lugar a la recopilación de datos y

su envío a través de la radio frecuencia.

• Interrupción por llegada de nuevos datos desde el enlace radio

frecuencia, que lanza el proceso de descodificación del tipo de dato

recibido y el procesado del comando en caso de que se trate de datos

del servicio de comandos.

4.2.1. EQUIVALENCIAS Y VECTORES DE INTERRUPCIÓN Al igual que con el otro programa se define un primer archivo

en el que se especifican unas equivalencias para facilitar la

programación.

;Registros de entrada y salida

.EQU SREG = 0x3f

.EQU SPH = 0x3e

.EQU SPL = 0x3d

.EQU GIMSK = 0x3b

.EQU GIFR = 0x3a

.EQU TIMSK = 0x39

.EQU TIFR = 0x38

.EQU MCUCR = 0x35

- 60 -


.EQU TCCR0 = 0x33

.EQU TCNT0 = 0x32

.EQU TCCR1A = 0x2f

.EQU TCCR1B = 0x2e

.EQU TCNT1H = 0x2d

.EQU TCNT1L = 0x2c

.EQU OCR1AH = 0x2b

.EQU OCR1AL = 0x2a

.EQU OCR1BH = 0x29

.EQU OCR1BL = 0x28

.EQU ICR1H = 0x25

.EQU ICR1L = 0x24

.EQU WDTCR = 0x21

.EQU PORTA = 0x1b

.EQU DDRA = 0x1a

.EQU PINA = 0x19

.EQU PORTB = 0x18

.EQU DDRB = 0x17

.EQU PINB = 0x16

.EQU PORTC = 0x15

.EQU DDRC = 0x14

.EQU PINC = 0x13

.EQU PORTD = 0x12

.EQU DDRD = 0x11

.EQU PIND = 0x10

.EQU UDR = 0x0C

.EQU USR = 0x0B

.EQU UCR = 0x0A

.EQU UBRR = 0x09

Se han añadido las equivalencias necesarias para manejar la

UART y se ha prescindido del resto de equivalencias pues no tenía

sentido mantenerlas. Sin embargo, más adelante se definirán

nombres simbólicos de registros.

La tabla de vectores de interrupción también sufre

modificaciones porque las fuentes de interrupción son distintas. En

este programa interrumpen los timers y la UART.

CSEG

- 61 -


.ORG 0x000

;Salto a rutina de reset

rjmp RESET

;Si saltan estas interrupciónes se debe a un error

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

rjmp RESET

;TIMER asociado a la RF

rjmp IRQ_TIMER1

;TIMER asociado a rutina de captura de datos

rjmp IRQ_TIMER0

;Si salta esta interrupción se debe a un error

rjmp RESET

;Tenemos datos del control remoto!

rjmp IRQ_RX

;Se puede enviar el siguiente dato

rjmp IRQ_UOBE

;Si saltan estas interrupciónes se debe a un error

rjmp RESET

rjmp RESET

4.2.2. RUTINA DE RESET Esta rutina se encarga, entre otras cosas, de configurar al

microcontrolador como queremos. Hay que configurar las interrupciones

de los timer y ajustar sus tiempos. También tiene que fijar los parámetros

de la UART y de los puertos de entrada y salida además de las tareas

típicas de configuración.

;Rutina de reset

RESET:

ldi r16,0x02

out SPH,r16

ldi r16,0x5f

;SP al final de la RAM

out SPL,r16

clr r16

;Interrup. deshabilitadas

out SREG,r16

- 62 -


;Interrup. externas deshabilitadas

out GIMSK,r16

;Sin RAM externa

out MCUCR,r16

ldi r16,0x82

;Interrup. por overflow

out TIMSK,r16

ldi r16,0xb8

;Configuración de la UART

out UCR,r16

ldi r16,0x03

;Baud rate = 115200

out UBRR,r16

ldi r16,0xb7

;Interrup cada 10us

out TCNT0,r16

clr r16

;Reloj parado

out TCCR0,r16

out TCCR1A,r16

out TCCR1B,r16

ldi r16,0x00

out TCNT1L,r16

ldi r16,0xb8

;Máximo retardo de 20us

out TCNT1H,r16

clr r16

;Configuración del puerto A

out DDRA,r16

ldi r16,0x5f

;Configuración del puerto B

out DDRB,r16

ldi r16,0xbe

;Configuración del puerto C

out DDRC,r16

ldi r16,0x7e

;Configuración del puerto D

out DDRD,r16

Después de haber realizado las tareas de configuración del

sistema se procede a inicializar la cámara y otras variables.

- 63 -


;Reset de la cámara

rcall RCAM

;Tamaño del buffer

ldi r16,96

ldi r30,0x02

ldi r31,0x01

;Guardamos en la dirección 0x0102

st z,r16

;Capacidad del acumulador inicialmente al maximo

ldi r16,8

mov enACUav, r16

mov deACUav, r16

;Empieza el programa

rjmp PROG

4.2.3. RUTINAS DE CONFIGURACIÓN DE CÁMARA En este apartado se incluye la subrutina que carga los

registros de la cámara y la rutina de reset de cámara. La rutina de

reset de cámara lo que hace es que guarda en las posiciones de

memoria asociadas a la cámara unos valores por defecto y llama a

la subrutina de carga.

RCAM:

;primero reseteamos la camara

;poner a cero reloj

cbi PORTD, XCLK

cbi PORTD, XRESET

sbi PORTD, XCLK

sbi PORTD, XRESET

;Cargamos valores por defecto

ldi mierda1, 0x3f

sts CAMDATA, mierda1

ldi mierda1, 0x04

sts CAMDATA+1, mierda1

ldi mierda1, 0x0a


ldi mierda1, 0xff

- 64 -



ldi mierda1, 0x01


ldi mierda1, 0x00


ldi mierda1, 0x01


ldi mierda1, 0x02


rcall CAM_LOAD_REGISTERS

ret

Estos valores por defecto ajustan el tiempo de exposición, la

ganancia, la luminancia a unos valores típicos. También se aseguran

de que el rango dinámico de la señal esta de acuerdo con lo que

espera el conversor analógico-digital. Es decir, 1V pico a pico más

1V de continua.

La rutina de carga lo que hace es ir cogiendo cada uno de los

valores asociados a los registros y cargarlos en la cámara. La

cámara recibe bit a bit por la pata SIN. El reloj tiene que ir

sincronizado con la transmisión. Primero se transmiten tres bits de

dirección de registro (hay 8 registros) a cargar y luego el byte de

dato. Una vez terminada la transmisión hay que validarla con la

señal LOAD.

La subrutina primero guarda el contexto y calcula la dirección

del dato a cargar. Hecho esto lee el dato de la memoria y lo deja en

un registro.

CAM_LOAD_REGISTERS:

push sucio

push ocho

push mierda1

- 65 -


push r30

push r31

;contador de 0 a 7 para los registros

clr sucio

bucleCarga:

mov r5,sucio

;Calculamos dirección y leemos dato

ldi mierda1, LOW(CAMDATA)

add ocho, mierda1

ldi mierda1, HIGH(CAMDATA)

adc r5,mierda1

mov r30, ocho

mov r31, r5

ld ocho, z

Se han definido nombres simbólicos para algunos registros y

pines para hacer el programa más legible. Hecho esto entra en un

bucle que manda bit a bit la dirección y el dato. Esto se hace

mediante rotaciones.

;mandar primero los tres bits del registro

;bucle contando con mierda1

ldi mierda1, 3

cargaDirReg:

;poner a cero el reloj de la camara

cbi PORTD, XCLK

sbrs sucio, 2

rjmp manda_cero

rcall CAM_SIN_1

decB1:

;poner a uno

sbi PORTD, XCLK

;mover a la izq sucio para mandar el siguiente bit

lsl sucio

dec mierda1

brne cargaDirReg

;xSSSxxxx

lsl sucio

;volvemos a colocar sucio en su posicion original xxxxxSSS

- 66 -


swap sucio

rjmp masDat

manda_cero:

rcall CAM_SIN_0

rjmp decB1

masDat:

;ahora metemos los ocho bits de datos

ldi mierda1, 8

cargaDatReg:

;poner a cero el reloj

cbi PORTD, XCLK

sbrs ocho, 7

rjmp manda_cero_

rcall CAM_SIN_1

decB2:

;poner a uno

sbi PORTD, XCLK

;mover a la izq sucio para mandar el siguiente bit

lsl ocho

dec mierda1

brne cargaDatReg

;terminado el registro se manda el siguiente

inc sucio

cpi sucio, 8

breq finCargaS

;mandar la señal de carga

sbi PORTD, LOAD

;reloj de camara a cero

cbi PORTD, XCLK

cbi PORTD, LOAD;

rjmp bucleCarga

manda_cero_:

rcall CAM_SIN_0

rjmp decB2

Se recupera el contexto y se termina con la subrutina.

finCargaS:

pop r31

- 67 -


pop r30

pop mierda1

pop ocho

pop sucio

ret

Se han utilizado dos subrutinas que lo que hacen es activar o

desactivar la pata SIN del microcontrolador.

CAM_SIN_1:

;poner un 1 a Serial IN de la Camara

sbi PORTD, SIN

ret

CAM_SIN_0:

;poner a 0 la serial in de la camara

cbi PORTD, SIN

ret

4.2.4. EL PROGRAMA PRINCIPAL Simplemente realiza la habilitación de contadores, cámara e

interrupciones, para acabar en el bucle de espera activa:

PROG:

;activar contador TIMER0

clr mierda1

out TCCR0,mierda1

;activar la camara

cbi PORTD, XCLK

sbi PORTD, START;-------------------

sbi PORTD, XCLK

cbi PORTD, START

;habilitar interrupciones

sei

mainloop:

nop

rjmp mainloop

- 68 -


4.2.5. ADQUISICIÓN DE DATOS La adquisición de datos la lleva a cabo como se indicó

anteriormente la rutina de atención a la interrupción periódica del

contador 0, IRQ_TIMER0.

Para evitar problemas de desbordamiento del buffer de salida

de datos hacia el enlace de radio frecuencia, si el bit de Transmisión

Enabled de la UART del Atmel está a cero, la rutina simplemente

devolverá el estado a la espera activa. Si por el contrario sí que se

pueden transmitir datos, la rutina primeramente determina si debe

añadir las cabeceras de datos, tanto de Estado como de Imagen,

con los correspondientes seis bits menos significativos de la fila a la

que pertenecen los píxeles a enviar. Para ello se han habilitado los

bits 4 y 3 del byte del registro COMM que mantiene el estado de las

comunicaciones:

registro COMM FR VD WC NIF NSF TE 7 6 5 4 3 2 1 0

Byte 1

Figura 35 Detalle del registro de estado COMM

Así el bit 4 estará a uno siempre que se deban incluir las

cabeceras de trama de imagen (‘New Image Frame’) y el 3 indica si

se debe mandar el estado o no (‘New Status Frame’) Estos bits se

ponen automáticamente a uno en la rutina de atención a la

interrupción del TIMER 1, que se lanza cuando ha transcurrido el

tiempo de guarda necesario que impone la tarjeta de radio

frecuencia para modular los paquetes de 96 bytes que se le han

mandado.

Tras incluir, si procede, las cabeceras de trama, la rutina

verifica si el bit DATA (PD7) está a uno, en cuyo caso deberá, por un

lado mandar un uno a la señal de reloj XCLK (PD5) para que la

cámara cargue a la su salida de datos analógica el siguiente píxel y

por otro, activar la señal ADCSTR poniendo el bit PC7 a cero para

que el conversor A/D inicie la conversión del dato que viene de la

- 69 -


cámara. En la siguiente ejecución de la rutina periódica, la señal

INCAM (PC6) estará a cero, indicando que el conversor A/D ha

finalizado la conversión y en el puerto A se dispondrá del píxel en

formato digital. Tras poner a cero el reloj de la cámara XCLK, el byte

se envía por el canal de comunicaciones y se actualizan los registros

en los que se almacenan la fila y la columna por la que se va. En

caso de alcanzar la columna 127, se pasa a la línea siguiente y en

caso de alcanzar la línea 127, los contadores se ponen a cero y se

queda en estado de espera hasta, transcurrido el tiempo de

exposición, la señal READ vuelva a estar activa indicando que la

nueva imagen está lista para ser leía píxel a pixel. Para determinar si

se está en la primera fase de conversión A/D o en la segunda se usa

el bit T del registro de estado del Atmel, que a su vez controla el reloj

XCLK.

4.2.6. LAS RUTINAS DE ENLACE Antes de mandar ningún dato por el canal de comunicaciones

es preciso incluir las cabeceras de tramas, los separadores y evitar

los datos 01111110 para que no se confundan con los separadores

de trama.

Las rutinas DEL_ENLACE, AL_ENLACE, METE_FR_SP,

PROCESA_BYTE y SEND_ACK cubren todas las tareas del nivel

de enlace.

Los decodificadores de datos que vienen desde el canal y los

codificadores de datos hacia el canal usan tres registros cada uno

para mantener el estado interno de los bits que todavía no se han

enviado o decodificado al haberse eliminado bits de cero de

redundancia impuestos por los separadores de trama 01111110. Así

se han asignado los siguientes registros, tanto inmediatos como no

inmediatos:

.DEF enACU = r18

.DEF enACUav = r15

.DEF enCount1 = r20

.DEF deACU = r21

- 70 -


.DEF deACUav = r14

.DEF deCount1 = r23

.DEF ocho = r24 ;registro de sucio

.DEF sucio = r25 ;registro de guarreo

.DEF toSend = r16

.DEF toRec = r17

.DEF mierda1 = r19

.DEF COMM = r26

.DEF enDATA = r27

.DEF deDATA = r22

También se han definido los siguientes EQU que contienen las

direcciones de la memoria de datos del Atmel que almacenan los IDs

de tramas esperados, recibidos y la ventana de recepción de

comandos de 64 bytes.

.EQU expFRID = $00

.EQU curFRID = $01

.EQU buffFR = $02 ;esto mas 63 es la ventana

Las rutinas codificadoras y decodificadoras del enlace se

basan en desplazamientos lógicos con arreo y comprobación bit a bit

de si es un cero o un uno. En caso de que sea un uno, los

contadores enCount1 o deCount1 se incrementan, y si se trata de un

cero, los contadores se resetean. Para el caso del codificador, al

recibir cinco unos seguidos, automáticamente introduce un cero para

evitar que otro uno más lo confunda por un separador de trama.

Para el decodificador, si se recibe un cero y el número de unos es

igual a 6, entonces se tiene un separador de trama, activando el bit

más significativo del registro de comunicaciones COMM. Si por el

contrario son 5 el número de unos recibido, entonces se trata de un

cero redundante, que es eliminado automáticamente. Finalmente, si

es inferior a cinco el número de unos, el cero es válido.

◄ C ◄

- 71 -


ACUMULADOR DATO COD/DEC

Figura 36 Esquema de funcionamiento de los codificadores de enlace

Así se tiene el codificador de enlace

AL_ENLACE:

ldi toSend, 0x08

loop1:

lsl enDATA ;BMS del enDATA al C

brcs send1 ;si C==1 enviamos 1

ldi enCount1, $06 ;como es 0, se resetea el contador

alAcu:

rol enACU ;al acu por la derecha el C que es el dato que queremos

rjmp chkAcu;

send1:

dec enCount1

brne alAcu ;no se han mandado mas de 5 unos

ror enDATA ;volvemos a meter a enDATA el BMS

lsl enACU ;metemos al acumulador un 0 por la derecha

inc toSend;

chkAcu:

dec enACUav ;

brne sig1 ;

;ENVIO A LA UART DEL BYTE SI PROCEDE (AL_CANAL) del enACU

rcall AL_CANAL

sig1:

clr enACU;

ldi ocho, 0x08

mov enACUav, ocho;

dec toSend

brne loop1;

ret

Y el decodificador de enlace

- 72 -


;Decodifica un byte recibido de la RF, quitando adecuadamente la sobrecarga

;introducida por el uso de los separadores de trama

DEL_ENLACE:

ldi toRec, 8

in deDATA,UDR

loop2:

lsl deDATA

brcc rx0

inc deCount1

alACU2:

rol deACU ;se meten los datos por la derecha del C

dec deACUav

brne deACUChk

sbr COMM, 6 ;x1xxxxxx, dato valido

;SALTO POR HACER AL PROCESADOR DE BYTES

rcall PROCESA_BYTE

clr deACU

ldi ocho, 0x08

mov deACUav, ocho;

rjmp deACUChk

rx0:

cpi deCount1, $05

breq rx02 ;esto si tenemos un cero que sobra

brmi rx01 ;cero legal, se mete al acu

;eso es una bonita trama

;y se indica en el BMS del byte COMM

cbr COMM, 6 ;x0xxxxxx, dato no valido

sbr COMM, 7 ;1xxxxxxx, frame separator

clr deACU ;

mov deACUav, ocho;

rjmp deACUChk

rx01:

clr deCount1

clc ;poner a cero el C para que el rol meta un cero

rjmp alACU2

- 73 -


rx02:

clr deCount1

deACUChk:

dec toRec

brne loop2

Que también hace uso de la subrutina de envío de

confirmaciones de comando y de la subrutina de procesado de bytes:

;procesa el byte recibido

;usa como entrada el deACU

.DEF backup = r2

PROCESA_BYTE:

mov backup, deACU

sbrs COMM, 6 ;x1xxxxxx ¿byte valido?

rjmp finpro

sbrs COMM, 7 ;1xxxxxxx ¿nueva trama?

rjmp sigue5

;aqui tenemos un inicio de trama

;el dato del acu es el frame ID si es comando

andi deACU, $C0

brne finpro

sbr COMM, 5 ;xx1xxxxx, en espera de comando

cbr COMM, 7 ;0xxxxxxx, ya no es inicio de trama

sts curFRID, backup

rjmp finpro

sigue5:

;comprobar si estamos en espera de comando

sbrs COMM, 5

rjmp finpro

cbr COMM, 5 ;ya lo atendemos y pasamos a modo de espera general

;comprobar si es el RESERVADO antes de nada, que tiene prioridad

cpi deACU, 0xff

breq COM_VALID

lds ocho, curFRID

lds sucio, expFRID

- 74 -


cp ocho, sucio

brne yaenviado

COM_VALID:

;comando valido

push ocho

rcall SEND_ACK

;almacenamos el comando valido en la ventana de recepcion

;para mandar ACKs de paquetes ya recibidos

ldi mierda1, buffFR

add ocho, mierda1;ocho contiene la pos de memoria RAM donde guardar

push r30

push r31

mov r30, ocho

st z, backup

pop r31

pop r30

inc sucio

andi sucio, $3F

sts expFRID, sucio

;SALTO A PROCESAR COMANDO

rcall PROC_COM

rjmp finpro

yaenviado:

mov sucio, ocho

ldi mierda1, buffFR

add sucio, mierda1; tenemos la pos de memoria ande mirar

push r30

push r31

ld sucio, z

pop r31

pop r30

cp sucio, deACU

brne finpro

;MANDAR ACK DEL FR ID que esta en ocho

- 75 -


push ocho;el FR ID esta en la pila

rcall SEND_ACK

finpro:

mov deACU, backup

ret

SEND_ACK:

;primerito de todo, meter el FR SP

rcall METE_FR_SP

;ahorita meter el ACK

push enDATA

push sucio

push r30;

push r31;

in r30, SPL

in r31, SPH

adiw r30, 4

ld sucio, z

;sucio tiene ahora el FR ID a mandar

ori sucio, 0x40 ;enmascarar con 01xxxxxx, que indica ACK de comando

mov enDATA, sucio

rcall AL_ENLACE

pop r31;

pop r30;

pop sucio;

pop enDATA

ret

La rutina encargada de procesar bytes se fija, primeramente si

está activado el bit de trama nueva (FR, 7) de COMM, y en caso

contrario, si está activado el bit de dato válido (VD, 6) del registro

COMM. En este último caso recoge el byte decodificado y determina

si se trata de un inicio de trama de comando, en cuyo caso

almacena el ID de la trama en la posición de memoria de currFRID y

activa el bit 5 del COMM, indicando que esta a la espera de nuevo

comando (WC).

- 76 -


Si PROCESA_BYTE determina que está a la espera de un

byte y el byte disponible en deACU es válido (bit 6 de COMM),

entonces, cargará el valor almacenado en currFRID y en expFRID y

los comparará, si son iguales, el comando es válido. En este caso,

se almacena en la posición de memoria (buffFR + <frame actual>) el

valor del comando recibido, se envía un ACK para el comando y se

llama a la subrutina PROC_COM que se encarga de procesar el

comando.

En caso de que el comando recibido no tenga el identificador

de trama esperado y el valor del comando sea igual al dato

almacenado en la posición de memoria de datos buffRF + <frame

recibido>, se trata de un comando reenviado por error, y se manda

un ACK del comando. En caso de que no coincida con el valor

registrado, no se hace nada y se sigue esperando a recibir una

trama con el Identificador de Trama de Comando válido o bien un

comando reservado para resincronizar con el host remoto.

Finalmente, este módulo de rutinas de enlace dispone de la

rutina METE_FR_SP encargada de introducir sin sobrecarga alguna

de ceros un separador de trama 01111110 al canal:

;envia un separador de trama

METE_FR_SP:

ldi enDATA, 126; la trama

mov toSend, ocho ;

loop123:

lsl enDATA ;BMS del enDATA al C

ror enACU ;al acu por la derecha el C que es el dato que queremos

dec enACUav ;

brne sig123 ;

;ENVIO AL CANAL (AL_CANAL)

rcall AL_CANAL

sig123:

clr enACU;

mov enACUav, ocho;

dec toSend

- 77 -


brne loop123;

ret

4.2.7. EL NIVEL FÍSICO Las rutinas del nivel físico comprenden a AL_CANAL,

ENVIA_SERIE y actTIMER. Dado que las tarjetas de radio

frecuencia exigen un tamaño máximo de ráfagas de 96 bytes y un

tiempo de guarda entre ráfagas fijado por la expresión

estas rutinas deberán respetar estas limitaciones. Para ello lo

que se hace es almacenar los datos a enviar en un búfer auxliar de

192 bytes de capacidad y se activa el TIMER1 que, al lanzarse su

interrupción TIMER1 lo que hace es transmitir de golpe hasta un

máximo de 96 bytes almacenados en el búfer y esperar el tiempo de

guarda máximo antes de volverse a ejecutar hasta vaciar el búfer de

salida.

Las posiciones de memoria de datos empleadas son:

;nivel fisico

.EQU iniBuffer = 0x42

.EQU capBuffer = 0xC0

.DEF puntEnvio = r28 ;registro inmediato

.DEF puntMete = r29 ;registro inmediato

.EQU serieAVA = 0x102 ;pos de memoria donde esta la capacidad de las RF

Asimismo se definen los punteros de Envío y Mete que

apuntan respectivamente a las posiciones de memoria de datos con

el byte a enviar la siguiente vez que se ejecute la rutina de

interrupción IRQ_UBOE y el hueco en el búfer para el siguiente byte

a enviar.

AL_CANAL:

cpi puntMete, capBuffer

breq fincanal

mov ocho, puntMete

clr sucio

- 78 -


ldi mierda1, LOW(iniBuffer)

add ocho, mierda1

ldi mierda1, HIGH(iniBuffer)

adc sucio,mierda1

push r30

push r31

mov r30, ocho

mov r31, sucio

st z, enACU

pop r31

pop r30

inc puntMete

;ACTIVAR LA TAREA DE ENVIO

in sucio, TCCR1B

cpi sucio, 0x00

brne fincanal

;la tarea no esta activada, la activamos

ldi sucio, 0x01;modo NO PREESCALADO!!!

out TCCR1B, sucio

fincanal:

ret

ENVIA_SERIE:

;metemos el byte SOLO si ya esta vacio el UDRE

sbic USR, 5

rjmp etiqueta

rcall actTIMER

rjmp finEnvia

;decrementar la capacidad del buffer

etiqueta:

push r30

push r31

ldi r30, LOW(serieAVA)

ldi r31, HIGH(serieAVA)

ld sucio, z

- 79 -


;ahora sucio tiene la capacidad del buffer

dec sucio

brne otro

rcall actTIMER

otro:

st z, sucio

mov ocho, puntEnvio

clr sucio

ldi mierda1, LOW(iniBuffer)

add ocho, mierda1

ldi mierda1, HIGH(iniBuffer)

adc sucio,mierda1

mov r30, ocho

mov r31, sucio

ld sucio, z

pop r31

pop r30

out UDR, sucio

inc puntEnvio

cpi puntEnvio, capBuffer

brne finEnvia

clr puntEnvio

clr puntMete

finEnvia:

ret

actTIMER:

;activar tempo 1

ldi ocho,0x00

out TCNT1L,ocho

ldi ocho,0xb8

out TCNT1H,ocho ;Máximo retardo de 20us

ldi ocho,0x02

out TCCR1B,ocho

cbi UCR,3 ;deshabilitamos la TX de la UART

ret

- 80 -


La rutina actTIMER es la encargada de activar el contador 1,

cargándole además el retardo máximo de tiempo de guarda como

valor iniciar.

Para enviar datos al canal se usa la rutina AL_CANAL, que

guarda en el búfer auxiliar el byte contenido en el registro enACU

Como el canal es half-duplex, no se envían datos cuando se

están recibiendo datos. De este modo, la rutina de atención a la

interrupción de recepción de datos desde la UART deshabilita la

transmisión poniendo el bit 3 del registro I/O UCR a cero al entrar en

la rutina y restaurando su valor a uno tras la ejecución de la misma,

justo antes del reti. También mientras está el TIMER1 activado no se

permite la transmisión.

- 81 -


5. HOST DE CONTROL REMOTO Este host se encarga de controlar a la unidad móvil, recibiendo por una

parte los datos que recopile ésta, y por otra parte, mandándole las órdenes

pertinentes para su funcionamiento en modo manual.

5.1. PLACA DE CONTROL

La comunicación se realiza a través de las tarjetas de

radiofrecuencia de Auriel WIZ-434-SML-IA que se conectan al equipo vía

puerto Serie. Estas tarjetas trabajan con señales TTL, mientras que los

puertos Serie, típicamente, ‘COM’, de los ordenadores trabajan con

señales en RS232. Para llevar a cabo la adaptación de niveles se hace

uso de la siguiente placa que dispone de un conversor MAX232 de Maxim.

Figura 37 Placa de control del host

Este circuito integrado dispone de dos entradas TTL con sus

correspondientes salidas en RS232 y dos entradas RS232 y sus salidas

convertidas en TTL. En la placa adaptadora se ha hecho uso de

únicamente un par de entradas, quedando el otro libre.

- 82 -


Figura 38 Detalle del adaptador MAX232

La placa puede ser alimentada directamente con una pila de 9

voltios o bien usando una fuente de alimentación y los conectores hembra

de tipo banana. El circuito dispone de un regulador de tensión de 5 voltios

L7805 para poder usar distintas alimentaciones.

La conexión con el PC se realiza mediante el conector DB9 hembra

incorporado, y la tarjeta de radio frecuencia se conecta mediante un bus

de 10 hilos al conector.

PIN 1

Figura 39 Detalle de la conexión con la tarjeta de radio frecuencia

Cuando el circuito está correctamente alimentado, el LED rojo de la

placa y el LED POW de la placa de radiofrecuencia se encenderán. Al

- 83 -


abrirse el puerto por la aplicación de control, el LED Verde la placa se

iluminará. Este LED corresponde a la señal DTR del puerto serie COM, y

se alimenta de la propia señal que recibe desde el equipo PC, por lo que

puede estar perfectamente encendido sin tener el circuito alimentado, en

cuyo caso el enlace RF no funcionará. Cuando se transmiten o reciben

datos por la radiofrecuencia, el led RTX se encenderá.

RTX

POWER

POWER

DTR

Figura 40 LEDs de la placa de control

De los nueve pines de la conexión DB9 serie sólo se emplean los

cinco primeros:

• Pin 1 DCD, Data Carrier Detect, activo a nivel bajo, se pone a

cero cuando se detecta portadora. Está conectado al pin 6 de la tarjeta

de radio frecuencia (XTR Carrier Detect.)

• Pin 2 TXD, Transmitted Data, los datos a transmitir por radio

enlace.

• Pin 3 RXD, Received Data, los datos recibidos desde el radio

enlace.

- 84 -


• Pin 4 DTR, Data Terminal Ready, se activa cuando el equipo

terminal, es decir, el PC está listo, que se produce cuando se abre el

puerto de comunicaciones.

• Pin 5 GND, Signal Ground, la tierra del PC y que se usa en toda

la placa como tierra. Está conectada internamente a los pines 3 y 4 de

la tarjeta de radiofrecuencia.

Los pines usados de la tarjeta de radio frecuencia están marcados

en rojo en la siguiente ilustración:

Figura 41 Pines de contacto de la tarjeta de radiofrecuencia WIZ-434-SML-IA

5.2. EL SOFTWARE

El software del equipo de control está escrito en el lenguaje Java de

Sun Microsystems, concretamente, para su versión de JSDK 1.4.1_02. La

elección de este lenguaje se ha debido a su práctica independencia de la

plataforma en que se ejecute la máquina virtual de Java. Asimismo, para

poder compilar el proyecto entero, se ha usado la herramienta ANT del

grupo Jakarta de la Apache Foundation. Para más información acerca de

la instalación de ANT, vea el apéndice A ‘Instalación del Software.’

El acceso a los puertos de comunicaciones serie se realiza a través

del paquete javax.comm que Sun Microsystems distribuye de forma

separada al JSDK. Nuevamente, para su descarga e instalación, vea el

apéndice A.

El software de control se compone básicamente de tres módulos o

paquetes de Java:

- 85 -


• Paquete com.theexbteam.comm, que proporciona las clases

necesarias para establecer una conexión serie a través de las tarjetas

de radio frecuencia.

• Paquete com.theexbteam.robots, que incluye las clases de

gestión y control del robot.

• Paquete com.theexbteam.robots.ui, que reúne las clases de la

interface de usuario, tanto en línea de comandos como las gráficas.

El último paquete precisa del segundo, y el segundo paquete hace

uso de las clases del primero. No obstante, el paquete de

comunicaciones se puede utilizar para desarrollar cualquier otra

aplicación que precise de acceso a los puertos de comunicaciones serie o

paralelo. Para un mayor detalle de la API de cada paquete, vea la

documentación generada por la herramienta javadoc que incluye precisas

descripciones de los métodos más importantes de cada clase.

5.3. PAQUETE COM.THEEXBTEAM.COMM

Como ya se indicó, este paquete de clases permite transmitir datos a

través de un puerto de comunicaciones del equipo PC. Sus clases hacen

uso de las clases de javax.comm para abrir primeramente los puertos,

activar los eventos pertinentes de aviso de llegada de datos y resolver los

posibles conflictos que puedan surgir entre dos aplicaciones que intenten

acceder al mismo puerto.

La clase AurielWiz434SerialConnection, que deriva de la

SerialConnection, es la encargada de gestionar el uso del canal half-

duplex que proporcionan las tarjetas de radio frecuencia Auriel WIZ-434-

SML-IA. Permite a las aplicaciones que la usen mandar y recibir de forma

transparente datos, sin tener que preocuparse éstas por el acceso al

canal, la fragmentación de paquetes de 96 bytes que imponen las tarjetas,

o de guardar los tiempos especificados en las hojas del fabricante.

Internamente esta clase lo que hace es almacenar en un buffer

secundario los datos a enviar y proceder a su transmisión a la tarjeta de

radio frecuencia transcurrido los tiempos de guarda, fragmentando

- 86 -


además el buffer en segmentos de 96 bytes. Finalmente, y mientras está

recibiendo datos, la salida de datos hacia la radio frecuencia se inhabilita

para evitar colisiones al estar los dos extremos usando el canal de forma

simultánea.

La clase AurielWiz434SerialConnection, por defecto, y a diferencia

de su padre, SerialConnection, no atiende los eventos ‘Output Buffer

Empty’, Buffer de Salida Vacío. En caso de que se desee recibir

notificaciones de este tipo, se debe usar la función

setPortEventOutputEmptyEnabled(true).

Figura 42 Diagrama UML del paquete com.theexbteam.comm

Este paquete incluye además un subpaquete llamado

com.theexbteam.comm.util, que implementa las funciones necesarias

para la creación de los delimitadores de trama 01111110 usados en el

nivel de enlace del protocolo de comunicaciones. Así, intercalará

automáticamente a toda secuencia de datos de cinco unos seguidos un

- 87 -


cero, independientemente de que el siguiente bit sea uno o cero, para así

evitar que los datos se confundan con los separadores de tramas. Cabe

destacar que el método getFrameDecoded(byte) de la clase

FrameEncoder puede devolver tres tipos de datos:

• Un byte con el valor decodificado resultado de concatenar el

acumulador interno de la clase que contiene bytes incompletos con el

último byte introducido, eliminando pertinentemente la sobrecarga de

ceros introducida tras cinco unos consecutivos. En este caso, el

método isDecodedValid() deberá devolver true.

• Un objeto FrameSeparator, arrojado por el método, en cuyo caso

tanto isDecodedValid() devolverá false, que indica el comienzo de una

nueva trama.

• Un byte no válido, al devolver isDecodedValid() false. Esto se

debe a que se ha eliminado una sobrecarga de ceros y no se ha

llegado a completar los ocho bits del acumulador interno y por tanto no

se puede procesar el byte recibido hasta que llegue el siguiente.

5.4. PAQUETE COM.THEEXBTEAM.ROBOTS

La misión de este paquete es controlar la unidad remota, recibir los

datos que ésta le transmita y transmitir las órdenes pertinentes de

movimiento, ajuste de cámara o de sistema.

El siguiente diagrama UML muestra las clases principales del

paquete así como su interrelación:

- 88 -


Figura 43 Diagrama UML del paquete com.theexbteam.robots

La clase Kernel es el núcleo del sistema de control. Ella alberga las

clases CommunicationsCore, ImageCore, StatusMonitor y

CommandCore, encargadas de las tareas de comunicaciones,

procesado de imágenes, monitor de estado del robot y control de órdenes

del robot respectivamente:

• CommunicationsCore: implementa el nivel físico y de aplicación

de la pila de protocolos de comunicaciones y realiza las conexiones

con los puertos de comunicaciones serie según los parámetros que se

le pasen al crear una instancia de ella. Los bytes que recibe desde el

nivel físico a través de las clases del paquete com.theexbteam.comm

son decodificados, separando cada trama de la anterior, determinando

si pertenecen al servicio de datos o al de comandos, y, en este último

caso, enviando los paquetes de confirmaciones pertinentes. Una vez

extraído el servicio al que pertenece la información recibida, propaga

los eventos resultantes a las clases de gestión de datos y comandos:

ImageCore y StatusMonitor por un lado y CommandCore por el otro.

- 89 -


Además recoge estadísticas de uso del radio enlace que pueden ser

consultadas a través de la función getStats() que devuelve un objeto de

la clase java.util.Map con diversos valores, como son los bytes

enviados y recibidos, comandos y confirmaciones enviados y recibidos

y estado de las ventanas de envío y recepción del protocolo confirmado

de comandos. Los comandos de sistema PING no lanzan eventos

CommandEvent de tipo COMMAND_RECEIVED o COMMAND_

ACKNOWLEDGE, sino que se generan de tipo

PING_ECHO_REQUESTED cuando se reciben en la unidad remota y

PING_ECHO_RECEIVED cuando se recibe en la unidad que envió el

comando original el ACK del mismo.

• ImageCore: atiende los eventos de datos de imagen que la

unidad remota transmite al host controlador así como mantiene la

configuración de la cámara del robot. Así, permite variar los diversos

modos de adquisición de la cámara, el tiempo de exposición o la

ganancia de salida de la señal de la cámara. Las modificaciones en los

registros de la cámara sólo se mandan a la unidad remota cuando se

llama al método loadSettings(), no cuando se modifican los valores.

Para más información acerca de los valores que se pueden configurar,

vea la documentación de la clase o bien el apartado dedicado a la

cámara de la memoria.

• StatusMonitor se encarga de controlar el estado general del

robot. Toma los datos de tipo ‘status’ que se reciben desde el enlace de

radio frecuencia. Actualmente sólo se mantiene el estado ‘hay línea’

que indica que la unidad remota en modo automático está siguiendo

con éxito un camino marcado.

• CommandCore. Esta clase facilita a la interface con el usuario el

conjunto necesario de métodos para gobernar el robot en modo manual,

enviando al CommunicationsCore las órdenes de comando necesarias

para realizar los movimientos que se le indiquen.

Para interactuar con el Kernel de la aplicación se dispone de la clase

abstracta UserInterface, que se encarga de ejecutar los métodos

- 90 -


pertinentes de Kernel y sus elementos de acuerdo con las acciones que

realice el usuario o la aplicación final. Se disponen de dos clases que

heredan de UserInterface:

• CommandLineInterface, interface de línea de comandos,

orientada a interpretar cadenas de comandos que se le pasen desde

eventos de teclado.

• GraphicalUserInterface, orientada a interfaces gráficas,

proporciona los métodos de escucha de los eventos principales de

java.awt como son los MouseEvents.

Figura 44 Aspecto de la interface gráfica de usuario

- 91 -


6. APÉNDICE A: INSTALACIÓN DEL SOFTWARE El software ha sido desarrollado y probado con éxito en un entorno

Windows NT5 (2000/Xp Home y Pro), usando para su edición JBuilder 8

Enterprise de Borland y compilando satisfactoriamente tanto con los

compiladores de Borland como los del JSDK 1.4.1_2.

Figura 45 Logotipo del lenguaje de programación Java de Sun Microsystems

El entorno Jakarta-ANT proporciona una forma rápida de compilar y

generar de forma automatizada la documentación de las librerías creadas, que

es, además, y a diferencia de ‘make’ independiente de la plataforma en que se

ejecute. Jakarta-ANT pertenece al grupo de desarrollo Jakarta de la Apache

Software Foundation.

Figura 46 Logotipo del proyecto APACHE ANT

A continuación se describe el procedimiento para instalar y ejecutar las

clases compiladas distribuidas.

6.1. INSTALACIÓN DEL ENTORNO JAVA

Si solamente desea ejecutar las clases previamente compiladas y no

tiene intención de recompilar los fuentes, deberá contar con el entorno de

ejecución de Java (JRE, Java Runtime Environment), en su versión, como

mínimo 1.4.1_2, disponible gratuitamente en:

http://java.sun.com/j2se/downloads.html

Si por el contrario desea compilar los fuentes deberá instalar el

entrono de desarrollo estándar de Java (J2SE-SDK, Java 2 Standar

Edition Software Development Kit), en su versión, como mínimo, 1.4.1_2,

también disponible desde el enlace anterior para su descarga gratuita.

- 92 -


Una vez descargado al equipo local la versión de Java, ejecute el

archivo que iniciará el proceso automático de instalación del entorne

elegido de Java.

6.2. INSTALACIÓN DE LAS LIBRERÍAS JAVAX.COMM

Para instalar correctamente las librerías de comunicaciones de Sun

Microsystem siga los siguientes pasos:

• Descargue de http://java.sun.com/products/javacomm/ la última

versión para la plataforma que use. Actualmente hay versiones

disponibles para plataformas Microsoft Windows y Sun Solares, tanto

para SPARC como para x86.

• Descomprima el contenido del archivo comprimido a una carpeta

temporal si sólo va a ejecutar el programa o bien a una carpeta de

desarrollo de su conveniencia para el caso de que prefiera compilar o

modificar los fuentes.

• Revise antes de seguir los documentos README.HTML y

jdk1.2.html por si difiriera la instalación con el procedimiento aquí

descrito para la versión 2.0 de la API de comunicaciones javax.comm.

• Localice el directorio de instalación del Java Runtime Environment,

JRE en su equipo, por defecto instalado en la subcarpeta <jdk>\jre si

instaló conjuntamente el JSDK y el JRE o en la carpeta \jre si instaló

únicamente el JRE.

• En la subcarpeta <jdk>\jre\lib\ext, copie el archivo comm.jar

que encontrará entre los archivos comprimidos.

• En la subcarpeta <jdk>\jre\lib, copie el archivo

javax.comm.properties. Si no va a compilar el proyecto, puede borrar

ya la carpeta temporal en la que descomprimió los archivos.

• Si va a compilar el proyecto deberá agregar a la variable de

entono CLASSPATH del sistema el archivo comm.jar, indicando tanto

la ruta de acceso como el nombre del mismo. Para entornos Windows

puede usar la directiva:

- 93 -


SET CLASSPATH=%CLASSPATH%;<PATH_COMM.JAR>\comm.jar

6.3. INSTALACIÓN DE LA APLICACIÓN DE CONTROL

Los archivos necesarios para ejecutar la aplicación de control así

como toda la documentación y los archivos fuentes de la aplicación se

encuentran disponibles para su descarga desde la URL

http://www.theexbteam.com/robots

Descomprima el archivo y agregue a la variable de entorno

CLASSPATH la carpeta “classes” que contiene la distribución con todas

las clases compiladas de la forma:

SET CLASSPATH=%CLASSPATH%;<PATH_CARPETA_INSTALACIÓN>\

Para ejecutar las distintas Interfaces de Usuario o programas de

diagnóstico, refiérase al fichero README.TXT de la distribución, en la

que encontrará detallada información acerca de los programas incluidos.

6.4. INSTALACIÓN DE JAKARTA-ANT

La instalación del entorno Jakarta-ANT comprende los siguientes

pasos:

• Descargue la última distribución de Jakarta-ANT desde la página

del proyecto http://ant.apache.org/.

• Descomprima el contenido de la distribución. Asumiremos aquí

<ant> como la ruta a la carpeta en la que descomprimió ANT.

• Agregue a la variable de entorno PATH en los sistemas Windows

o su equivalente para otras plataformas o sistemas operativos la

carpeta <ant>\bin. Para sistemas Windows:

SET PATH=%PATH%;<ant>\bin\

• Cree la variable de entorno ANT_HOME con la ruta a la carpeta

de instalación de ANT:

SET ANT_HOME=<ant>

• Opcionalmente, y si tiene problemas para ejecutar ANT, cree la

variable de entorno JAVA_HOME que debe apuntar a la carpeta de

instalación del JSDK:

- 94 -


SET JAVA_HOME=<PATH_JSDK>\

• Para poder ejecutar correctamente los build.xml de los paquetes

de la aplicación, deberá crear además dos variables de entorno

llamadas JAVA_LIBS y JAVA_DOC. La primera variable deberá

contener la carpeta en la que se colocarán las clases compiladas y en

la que se buscará a la hora de compilar el proyecto las clases

dependientes (CLASSPATH) y la segunda indicará la ruta donde se

copiará la documentación generada automáticamente por la tarea

‘documentar’ de que cuenta cada build.xml.

• Adicionalmente se disponen de las tareas ‘compilar’ para compilar

(tarea por defecto), ‘documentar’ para generar la documentación,

‘empaquetar’ para generar un archivo comprimido .JAR con todas las

clases, ‘limpiar’ para eliminar las clases y la documentación y

‘limpiarDoc’ para eliminar sólo la documentación generada.

- 95 -


7. APÉNDICE B ESQUEMÁTICOS DE LAS PLACAS En las siguientes dos páginas se han recogido a gran tamaño los

esquemáticos detallados de las dos placas de control de la unidad remota.

- 96 -


Title

Size

Doc

umen

t N

umbe

rR

ev

Dat

e:S

heet

- 97 -

Y2

20M

Hz

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C9

15pF

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WR

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1 2+

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F+

C3

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F

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T

1 2

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R_O

N

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470

J3

REG

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DO

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U2

AT9

0S85

15

RS

T9

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L218

XTA

L119

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OC

1B29

ALE

30

ICP

31

VC

C40

PC

0/A8

21

PC

1/A9

22

PC

2/A

1023

PC

3/A

1124

PC

4/A

1225

PC

5/A

1326

PC

6/A

1427

PC

7/A

1528

PD0/

RXD

10

PD1/

TXD

11

PD

2/IN

T012

PD

3/IN

T113

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14

PD

5/O

C1A

15

PD

6/W

R16

PD

7/R

D17

PB0

/T0

1

PB1

/T1

2

PB2

/AIN

03

PB3

/AIN

14

PB4

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5

PB5

/MO

SI

6

PB6

/MIS

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PB7

/SC

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PA0

/AD

039

PA1

/AD

138

PA2

/AD

237

PA3

/AD

336

PA4

/AD

435

PA5

/AD

534

PA6

/AD

633

PA7

/AD

732

+5V

Y1

8MH

zC

615

pFC

515

pF

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1

REF

+12

REF

-11

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2

D1

3

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4

D3

5

D4

14

D5

15

D6

16

D7

17

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9

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VC

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J10

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12345678

+5V

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D14

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UT

15

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16

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17

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1

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2

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7

RB2

8

RB3

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RB4

10

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11

RB6

12

RB7

13

+5V

U5

LM38

5-2.

5/TO

12

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1 3 5 7 9

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+5V

D12

PR

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470

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1.2K

+5V

J17

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1234

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11.

2

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2

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M1

CA

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CAM

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1XT

AL2

XTAL

1XT

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DE

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T_LI

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MO

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3

MO

TAC

0M

OTA

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MO

TAC

2

PIX

0P

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PIX

2P

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PIX

6P

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SET

+5V

XRES

ET

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0

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PIX

1

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PIX

2

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3

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T

PIX

4

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D

PIX

5

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SET

PIX

6

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D

PIX

7

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RE

ADV

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GO

T_LI

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MO

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UT

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TAC

2

MO

TAC

0M

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AM

AD

CS

TR

INC

AM

AD

CS

TR

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V1

SR

V2

RS

T

MO

SI

MIS

OS

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1

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SET

SRV

2

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SET

MO

SI

RES

ET

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MIS

OS

CK

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EXP

0E

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EXP

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XP3

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1

321+5

V

J5 SER

VO

2

321+5

V

SW

1R

ESE

T

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10K

R3

1K

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AR

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

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F

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1

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IEL

1 3 5 7 9

2 4 6 8 10+5

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DO

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T


- 98 -

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DE

P R1

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7432

1

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1

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7432

4

56

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WR

_IN

1 2

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322

0uF

+C

410

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100n

FC

210

0nF

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7432

9

108

14 7

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L293

1A2

2A7

3A10

4A15

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N1

3/4E

N9

1Y3

2Y6

3Y11

4Y14

VC

C1

16

VC

C2

8

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T1

12

J7 MO

T2

12

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AD

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R18 470

+5V

+5V

+7,2

V

J1

J16

PR

OG

RA

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DO

R

1 3 5 7 9

2 4 6 8 10

J4 PW

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8. APÉNDICE F: AVISOS LEGALES

8.1. PAQUETES COM.THEEXBTEAM.*

Las librerías pertenecientes a los paquetes com.theexbteam.* se

distribuyen bajo licencia de fuente abierta u open source. Esta licencia es

la siguiente:

Copyright © 2003 The EXB Team. Todos los derechos reservados.

The EXB Team (‘EXB’) garantiza al usuario una licencia de uso, modificación y

redistribución del software tanto en forma de código fuente o binario, no exclusiva y libre de

royalties, siempre que se mantenga:

i) este aviso de copyright aparezca en todas las copias del software.

ii) El código fuente de este software se incluya en la distribución o al menos se

indique de dónde se pueda obtener dichos fuentes.

iii) El usuario licenciado no utilice el software en manera alguna que perjudique a

EXB

Este software se distribuye “tal cual”, sin garantía alguna de cualquier tipo. Toda condición

explícita o implícita, representaciones y garantías, incluyendo aquellas que impliquen

garantías comerciales están excluidas. EXB y sus usuarios licenciados no serán

responsables por cual daño que sufran los usuarios licenciados como resultado del uso,

modificación o distribución del software o sus derivados. En ningún caso EXB o sus

usuarios licenciados serán responsables por cualquier pérdida de rédito, beneficio o datos

derivados del uso de este software.

El uso de este software implica la aceptación de estos términos de uso.

Esta licencia de uso puede cambiar en versiones futuras del

software. En cualquier caso, revise la licencia que se incluya en las

distribuciones.

8.2. LIBRERÍAS JAVAX.COMM

Las librerías javax.comm de la API de comunicaciones de Java

proporcionadas por Sun Microsystems se licencian según el acuerdo de

uso descrito en el formulario Form ID#011801/LFI#123979 disponible en

el paquete de las librerías y desde la URL

http://java.sun.com/products/javacomm/COMM2.0.3_license.txt.

- 99 -


Sun Microsystems no ofrece ningún tipo de garantía de

lo “tal cual” y su única

are.

8.3.

Microsoft Windows es una marca registrada de Microsoft

Corporation.

Java, JSDK, JRE y J2SE son marcas registradas de Sun

Apache, Jakarta-ANT y ANT son marcas registradas de la Apache

Software Foundation. El paquete ANT se distribuye bajo licencia Apache

Software License, Version 1.1, disponible desde la URL

http://ant.apache.org/manual/LICENSE. El logotipo de Apache-ANT y

Apache pertenecen a la Apache Software Foundation.

funcionamiento del software, proveyéndo

responsabilidad se limita al reemplazo del Softw

TERCERAS PARTES

Microsystems. El logotipo de Java pertenece a Sun Microsystems.

- 100 -


9. Broyectos, versiones

actualizaciones del software y firmware del robot así como la API detallada de

las lib

9.1. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS (POR HACER)

grated

Circuits”, McGraw-Hill International Editions, Electrical & Electronic

Engineering Series. International edition 1988.

02.

• [MAL98] N. R. Malik. “Circuitos electrónicos. Análisis, diseño y

simulación”, Prentice Hall, Madrid, 1998

• [SAN01] Jesús Sanz Maudes et al. “Manual de prácticas de

Laboratorios de Electrónica Básica y Componentes, 2ª Parte”

(simulaciones PSPICE), Servicio de publicaciones, E.T.S.I.

Telecomunicación UPM, 2001.

• [WAK01] John F. Wakerly. “Diseño digital”, Prentice Hall, México,01.

• [TAN03] Andrew S. Tanenbaum, “Computer Networks”, fourth

international edition, Prentice Hall, Upper Saddle River (NJ), 2003.

• [HER97] Guillermo Herranz Acebo, “Ingeniería Eléctrico”, 1997,

Madrid, Departamento de Publicaciones de la E.T.S.I

Telecomunicación UPM.

9.2. HOJAS DE CARACTERÍSTICAS Y RECURSOS EN LA RED

Se han empleado las siguientes hojas de características disponibles

en Internet:

IBLIOGRAFÍA Para más información sobre este y otros p

rerías empleadas, consulte

http://www.theexbteam.com/robots

• [FRA88] Sergio Franco, “Operational Amplifiers and Analog Inte

• [FER et al. 2002] J. Ferreiros, J. Macías, et al. “Aspectos prácticos de

diseño y medida en laboratorios de electrónica”, Servicio de

publicaciones, E.T.S.I. Telecomunicación. UPM, 20

- 101 -


• Philips Semiconductors, http://semiconductors.philips.com, para

tes digitales.

• , http://www.maxim-ic.com, para los conversores RS232 a

• Atmel, http://www.atmel.com, para los microcontroladores.

• Nacional Semiconductors, http://www.national.com, para el

los cronogramas.

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fabr a fabricar el

h

4 - 47015 Modigliana [FC] –

S.L., c/ Balmes 243. – 08006

,

s,

http://www.endrich.net/.

• http://www.ebay.com, para la cámara digital.

los componen

MaximTTL MAX232.

ADC0820.

• Microchip, http://www.microchip.com, para el PIC16F84.

• Timming tool, http://timingtool.com/, para

.3. DIRECCIONES DE FABRICANTES Y PROVEEDORES

A continuación se facilitan las siguientes direcciones de los

icantes y proveedores del material necesario par

ardware del robot y el control remoto:

• AUR°EL S.p.A., Via Foro dei Tigli,

ITALY, Tel.: (+39) 0546941124, Fax: +390546941660. Fabrica los

enlaces radio frecuencia empleados. Para más información,

http://www.aurel.it.

• ENDRICH BauelementeBARCELONA, Tel. (+34) 93 217 31 44, Fax. (+34) 93 217 97 20

e-Mail: [email protected], suministrador oficial de AUR°EL en

España. Para más información y pedido

eBay,

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