Clasificador de objeto segun su color

República Bolivariana de Venezuela Venezuela Ministerio del Poder Popular para la Educación Superior  I. U. P “Santiago Mario! Barcelona"Edo. #nzo$tegui #nzo$tegui %$tedra& Pro'ecto de %ontrol

INFORME FINAL SISTEMA DE CLASIFICACIÓN DE OBJETOS SEGÚN SU COLOR

Autor:

Profesor:

Barcelona( )* de +ulio de ,-)

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/01I%E I02R31U%%I40555555555555555555555555555P$g. I02R31U%%I40555555555555555555555555555P$ g.  3B+E2IV3 6E0ER#755555555555555555555555......P$g. 8 3B+E2IV3S ESPE%I9I%3S5555555555555555555555P$g. :  #7%#0%E555555555555555555555555555...55P$g. * 1ES%RIP%I40 1E7 PR3;E%235555555555555555555. P$g. < B#SES 2E3RI%#S555555555555555555555.................P$g. = M#2ERI#7ES M#2ERI#7ES ; E>UIP3S U2I7I?#13S5555555555555555.P$g., 1ES#RR3773( 1ISE@3S( PR3%E1IMIE023S PR3%E1IMIE023S ; RESU72#13S 1E7 PR3;E%2355555555555555555..5P$g.,8 PRESUPUES23 1E7 PR3;E%23 1E %302R3755555555555....P$g.A %30%7USI30ES.55555555555555555555555555.P$g.8BIB7I36R#9/#555555555555555555555555555..P$g.8,

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I02R31U%%I40 7os sensores de color detectan el color en una supericie. 7os sensores eCiten eCiten luz D7E1 roo( verde ' azulF sobre el obeto Gue se analiza( calculan las coordenadas croC$ticas a partir de la radiación releada ' las coCparan con los colores de reerencia previaCente alCacenados. Si los valores de color se encuentran dentro del Cargen de tolerancia establecido( se activa una salida de conCutación. El sensor de color es utilizado aCpliaCente en el caCpo de la robótica( autoCatización ' control de de calidad. calidad. El pro' pro'ec ecto to cons consis iste te en el dise diseo o ' cons constr truc ucci ción ón de un sist sisteC eCa a de clasiicación de obetos según su color D#Carillo( #zul ' RooF. En este inorCe se describe la conorCación del sisteCa de sensor de colores( c$lculos( procediCientos ' todos los coCponentes de control asociados Gue perCiten su uncionaCientoH coCo reGuisito para aprobar la c$tedra de Pro'ecto de %ontrol de la carrera de ingeniera electrónica del instituto universitario politJcnico Santiago Mario.

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3B+E2IV3 6E0ER#7 1esarro 1esarrolla llarr las Kabil Kabilida idades des de diseo diseo(( invest investiga igació ción n ' constr construcc ucción ión de un sist sisteC eCa a auto autoC$ C$titico co de clas clasiiic icac ació ión n de piez piezas as segú según n su colo color( r( elab elabor oran ando do dispositivos electroCec$nicos Gue perCitan la identiicación del color del obeto ' la clasiicación de dicKo obeto.

3B+E2IV3S ESPE%I9I%3S •

Presentación del plan de eecución del pro'ecto del sisteCa de clasiicación de obetos según su color.

•

1iseo 1iseo(( Conta Contae e ' uncio uncionaC naCien iento to del del dispos dispositiv itivo o clasi clasiica icació ción n de obet obetos os según su color.

•

1iseo( Contae ' uncionaCiento del eleCento inal de control del Cotor para la clasiicación de los obetos según su color.

•

Integración del sensor ' eleCento inal de control al Códulo de control.

•

Instalación de coCponentes Cec$nicos ' prueba de los CisCos.

•

Instalación ' prueba de los coCponentes elJctricos.

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Prueba de uncionaCiento inal del pro'ecto.

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 #7%#0%E %onsiste en el desarrollo ' construcción de un sisteCa electro"Cec$nico ' su circuito de control. 7a operación del prototipo est$ controlada ' austada de acuerdo a las condiciones de operación( Canteniendo el sisteCa estable( en este caso particular  los par$Cetros de operación ser$n dos& Identiicación ' clasiicación de los obetos según su color de orCa autoC$tica.

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1ES%RIP%I40 1E7 PR3;E%23 El pro'ecto consiste en el diseo( construcción e iCpleCentación de un sisteCa de clasiicación de los obetos según su color( este sisteCa esta constituido por dos Códulos principales Gue son& Modulo)& El Codulo de identiicación del color del obeto( Gue consiste en un canal de recepción del obeto ' un CecanisCo óptico de identiicación del color del CisCo( este CecanisCo de identiicación del color podr$ utilizar caractersticas del obeto tales coCo Dla opacidad del obeto ante una uente de luz en relación al color( reracción de la luz sobre el eleCento de Cuestra ' su incidencia en la supericie de un eleCento otosensible( etc.F ' cualGuier otro Cedio otoelJctrico Gue perCita identiicar el color del obeto para su posterior clasiicación( esto toCando en consideración Gue pueden ser utilizadas en el sisteCa obetos con tres colores distintos& #Carillo( azul ' roo. Modulo ,& El Codulo de clasiicación de los obetos( Gue consiste en un CecanisCo Gue perCita clasiicar los obetos 'a identiicados en el priCer Codulo por Cedio de coCpuertas( brazos Cec$nicos u otro CecanisCo Gue perCita clasiicar en tres contenedores dierentes( los obetos de color roo( obetos de color  aCarillo o color azul respectivaCente( en este Codulo de clasiicación( todos aGuellos obetos Gue no poseen algunos de los tres colores anteriores descritos ser$n recKazados( esto perCite inclusive discriCinar las allas del Codulo )( la tabla de la verdad siguiente describe la unción lógica de la apertura o generación de las seales de las coCpuertas. ENTRADAS Seña !e Sa"!a !e Se#sor  A%ar"o Ro)o A&u ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) ) )

SALIDAS C$A%

C$R

C$A&

C$Re'(a&o

) -

) -

) -

) ) ) ) )

2abla L ). 7ógica de las seales de las “coCpuertas de clasiicación

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B#SES 2E4RI%#S Fotores"ste#'"a 7a otorresistencia( coCo su noCbre lo indica( es un resistencia cu'o valor  dependen de la energa luCinosa incidente en ella( especicaCente son resistencias cu'o valor de resistividad disCinu'e a Cedida Gue auCenta la energa luCinosa incidente sobre ella ' viceversa. Una otorresistencia se coCpone de un Caterial seCiconductor cu'a resistencia varia en unción de la iluCinación. 7a otorresistencia reduce su valor resistivo en presencia de ra'os luCinosos. Es por ello por lo Gue taCbiJn se le llaCa resistencias dependientes de luz DligKt dependent resistorsF( otoconductores o cJlulas otoconductoras.

)a.

)b.

9igura L )a. SCbolo de la 9otorresistencia. )b 9orCa sica.

Un otoresistor est$ KecKo de un seCiconductor de alta resistencia. Si la luz Gue incide en el dispositivo es de alta recuencia( los otones son absorbidos por la elasticidad del seCiconductor dando a los electrones la suiciente energa para saltar  de la banda de valencia a la banda de conducción( auCentando as la conductividad del dispositivo ' disCinu'endo su resistencia. 7as otorresistencias se caracterizan por la ecuación&  R

=

α 

−

AE 

1onde& R& resistencia de la otorresistencia.  #(N& constantes Gue dependen del seCiconductor utilizado. E& densidad supericial de la energa recibida.

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Pr"#'"*"o !e Fu#'"o#a%"e#to 7a resistencia de estos tipos de coCponentes vara en unción de la luz Gue recibe en su supericie. #s( cuando est$n en oscuridad su resistencia es alta ' cuando reciben luz su resistencia disCinu'e considerableCente. %uando incide la luz en el Caterial otoconductor se generan pares electrón " Kueco. #l Kaber un Ca'or núCero de portadores( el valor de la resistencia disCinu'e. 1e este Codo( la otorresistencia iluCinada tiene un valor de resistencia bao. 7as cJlulas son taCbiJn capaces de reaccionar a una aCplia gaCa de recuencias( inclu'endo inrarroo DIRF( luz visible( ' ultravioleta DUVF.. En general( la variación de resistencia en unción de la longitud de onda presentan curvas coCo las de la igura siguiente&

9igura L ,. %urva caracterstica de la 71R.

2ipos En general( un dispositivo otoelJctrico puede ser intrnseco o eOtrnseco. En dispositivos intrnsecos( los únicos electrones disponibles est$n en la banda de la valencia( por lo tanto el otón debe tener bastante energa para eOcitar el electrón a travJs de toda la banda proKibida. Por otro lado en los dispositivos eOtrnsecos tienen iCpurezas agregadas( Gue tienen energa de estado a tierra C$s cercano a la banda de conducción puesto Gue los electrones adGuieren una energa inicial Ca'or  Gue en el caso intrnseco( ' por lo tanto no tienen Gue saltar leos( es necesaria una energa Drecuencia( intensidadF Cenor para lograr el paso de un electrón a la banda de conducción.

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En el caso especico de las otorresistencias eOisten las lineales ' no lineales& •

71R lineales& son Ceor conocidas coCo otodiodos pero bao ciertas aplicaciones es posible tratarlas coCo otorresistencias debido al coCportaCiento lineal Gue presentan. Para considerar un otodiodo coCo una otorresistencia lineal siCpleCente se polariza en inverso.

•

71R no lineales& son aGuellas KecKas coCúnCente cu'o coCportaCiento no depende de la polaridad aplicada sobre ella.

D"+"sores !e Te#s",# o -ota)e En la igura L  se observa un par de circuitos de eeCplo. 7a dierencia Gue Ka' de un circuito al otro es la disposición de la 71R ' la resistencia ia ' coCo consecuencia obtendreCos una tensión de salida Vout dierente en aCbos circuitos.

9igura L a. %ircuito para un detector de 3scuridad b.%ircuito para un detector de 7uz

B$sicaCente este circuito se conoce coCo un divisor de tensión resistivo( en este caso orCado por una resistencia ia en serie con la 71R. En los dos circuitos teneCos una tensión de entrada Vin( esta tensión se reparte por las dos resistencias 'a Gue est$n en serie Dle' de Callas de ircKKoF( la tensión de la 71R ' la ia depender$ de la resistencia elJctrica de aCbas. El uncionaCiento del circuito de la igura L a. es coCo sigue& cuando incide luz sobre la 71R esta baa su resistencia elJctrica auCentando la tensión sobre la

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resistencia ia( coCo consecuencia obtendreCos un tensión de salida Vout baa D0ivel lógico -F( si CanteneCos la 71R en la oscuridad auCenta su resistencia elJctrica disCinu'endo la tensión en bornes de la resistencia ia ' obteniendo una tensión de salida alta D0ivel lógico )F. El circuito de la igura L b. tiene un coCportaCiento inverso al de la izGuierda por la disposición de las resistencias. Su uncionaCiento es coCo sigue& si aplicaCos luz sobre la 71R baa su resistencia ' en consecuencia obteneCos una tensión Vout alta D0ivel lógico )F( en la oscuridad auCenta su resistencia ' teneCos en su salida Vout un nivel bao D0ivel lógico -F.

S"ste%a !e Co#tro 7os sisteCas de control( según la teora cibernJtica( se aplican en esencia para los organisCos vivos( las C$Guinas ' las organizaciones. Estos sisteCas ueron relacionados por priCera vez en )A8= por 0orbert Qiener en su obra %ibernJtica ' Sociedad con aplicación en la teora de los CecanisCos de control. Un sisteCa de control est$ deinido coCo un conunto de coCponentes Gue pueden regular su propia conducta o la de otro sisteCa con el in de lograr un uncionaCiento predeterCinado( de Codo Gue se reduzcan las probabilidades de allos ' se obtengan los resultados buscados. o' en da los procesos de control son sntoCas del proceso industrial Gue estaCos viviendo. Estos sisteCas se usan tpicaCente en sustituir un trabaador  pasivo Gue controla una deterCinado sisteCa D 'a sea elJctrico( Cec$nico( etc. F con una posibilidad nula o casi nula de error( ' un grado de eiciencia CucKo C$s grande Gue el de un trabaador. 7os sisteCas de control C$s Codernos en ingeniera autoCatizan procesos en base a CucKos par$Cetros ' reciben el noCbre de controladores de autoCatización prograCables DP#%F. 7os sisteCas de control deben conseguir los siguientes obetivos& •

Ser estables ' robustos rente a perturbaciones ' errores en los Codelos.

•

Ser eiciente según un criterio preestablecido evitando coCportaCientos bruscos e irreales.

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M"'ro'o#troa!or  En )A=- aproOiCadaCente( los abricantes de circuitos integrados iniciaron la diusión de un nuevo circuito para control( Cedición e instruCentación al Gue llaCaron CicrocoCputador en un sólo cKip o de Canera C$s eOacta MI%R3%302R37#13R. Un Cicrocontrolador es un circuito integrado Gue contiene toda la estructura DarGuitecturaF de un CicrocoCputador( o sea %PU( R#M( R3M ' circuitos de entrada ' salida. 7os resultados de tipo pr$ctico( Gue pueden lograrse a partir de estos eleCentos( son sorprendentes.  #lgunos Cicrocontroladores C$s especializados poseen adeC$s convertidor es an$logo digital( teCporizadores( contadores ' un sisteCa para perCitir la coCunicación en serie ' en paralelo. Se pueden crear CucKas aplicaciones con los Cicrocontroladores. Estas aplicaciones de los Cicrocontroladores son iliCitadas Del lCite es la iCaginaciónF entre ellas podeCos Cencionar& sisteCas de alarCas( uego de luces( paneles publicitarios( etc. %ontroles autoC$ticos para la Industria en general. Entre ellos control de Cotores 1%#% ' Cotores de paso a paso( control de C$Guinas( control de teCperatura( control de tieCpo( adGuisición de datos Cediante sensores( etc. Un controlador es un dispositivo electrónico encargado de( valga la redundancia( controlar uno o C$s procesos. Por eeCplo( el controlador del aire acondicionado( recoger$ la inorCación de los sensores de teCperatura( la procesar$ ' actuar$ en consecuencia. #l principio( los controladores estaban orCados eOclusivaCente por coCponentes discretos. M$s tarde( se eCplearon procesadores rodeados de CeCorias( circuitos de ES( sobre una placa de circuito iCpreso DP%BF. #ctualCente( los controladores integran todos los dispositivos antes Cencionados en un peGueo cKip. Esto es lo Gue Ko' conoceCos con el noCbre de Cicrocontrolador.

D"fere#'"a e#tre %"'ro'o#troa!or . %"'ro*ro'esa!or  Es Cu' Kabitual conundir los tJrCinos de Cicrocontrolador ' Cicroprocesador( ca'endo as en un error de cierta Cagnitud. Un Cicrocontrolador es( coCo 'a se Ka

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coCentado previaCente( un sisteCa coCpleto( con unas prestaciones liCitadas Gue no pueden Codiicarse ' Gue puede llevar a cabo las tareas para las Gue Ka sido prograCado de orCa autónoCa. Un Cicroprocesador( en caCbio( es siCpleCente un coCponente Gue conorCa el Cicrocontrolador( Gue lleva a cabo ciertas tareas ' Gue( en conunto con otros coCponentes( orCan un Cicrocontrolador.

Ar/u"te'tura "#ter#a !e u# %"'ro'o#troa!or  %oCo 'a KeCos visto( un Cicrocontrolador es un dispositivo coCpleo( orCado por otros C$s sencillos. # continuación se analizan los C$s iCportantes.

Pro'esa!or:  Es la parte encargada del procesaCiento de las instrucciones. 1ebido a la necesidad de conseguir elevados rendiCientos en este proceso( se Ka deseCbocado en el eCpleo generalizado de procesadores de arGuitectura arvard rente a los tradicionales Gue seguan la arGuitectura de von 0euCann. Esta últiCa se caracterizaba porGue la %PU se conectaba con una CeCoria única( donde coeOistan datos e instrucciones( a travJs de un sisteCa de buses. El procesador de los Codernos Cicrocontroladores responde a la arGuitectura RIS% D%oCputadores de +uego de Instrucciones ReducidoF( Gue se identiica por poseer un repertorio de instrucciones C$Guina peGueo ' siCple( de orCa Gue la Ca'or parte de las instrucciones se eecutan en un ciclo de instrucción. 3tra aportación recuente Gue auCenta el rendiCiento del coCputador es el oCento del paralelisCo iCplcito( Gue consiste en la segCentación del procesador Dpipe"lineF( descoCponiJndolo en etapas para poder procesar una instrucción dierente en cada una de ellas ' trabaar  con varias a la vez.

Me%or"a !e *ro0ra%a: El Cicrocontrolador est$ diseado para Gue en su CeCoria de prograCa se alCacenen todas las instrucciones del prograCa de control. %oCo Jste sieCpre es el CisCo( debe estar grabado de orCa perCanente. EOisten algunos tipos de CeCoria adecuados para soportar estas unciones( de las cuales se citan las siguientes& •

R3M con C$scara& se graba Cediante el uso de C$scaras. Sólo es recoCendable para series Cu' grandes debido a su elevado coste.

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•

EPR3M& se graba elJctricaCente con un prograCador controlador por un P%. 1isponen de una ventana en la parte superior para soCeterla a luz ultravioleta( lo Gue perCite su borrado. Puede usarse en ase de diseo( aunGue su coste unitario es elevado.

•

32P& su proceso de grabación es siCilar al anterior( pero Jstas no pueden borrarse. Su bao coste las Kacen idóneas para productos inales.

•

EEPR3M& taCbiJn se graba elJctricaCente( pero su borrado es CucKo C$s sencillo( 'a Gue taCbiJn es elJctrico. 0o se pueden conseguir grandes capacidades ' su tieCpo de de escritura ' su consuCo es elevado.

•

97#S& se trata de una CeCoria no vol$til( de bao consuCo( Gue se puede escribir ' borrar en circuito al igual Gue las EEPR3M( pero Gue suelen disponer de Ca'or capacidad Gue estas últiCas. Son recoCendables aplicaciones en las Gue es necesario Codiicar el prograCa a lo largo de la vida del producto. Por sus Ceores prestaciones( est$ sustitu'endo a la CeCoria EEPR3M para contener instrucciones. 1e esta orCa MicrocKip coCercializa dos Cicrocontroladores pr$cticaCente iguales Gue sólo se dierencian en Gue la CeCoria de prograCa de uno de ellos es tipo EEPR3M ' la del otro tipo 9lasK. Se trata del PI%)*%=8 ' el PI%)*9=8( respectivaCente.

Me%or"a !e !atos: 7os datos Gue Caneas los prograCas varan continuaCente( ' esto eOige Gue la CeCoria Gue los contiene debe ser de lectura ' escritura( por lo Gue la CeCoria R#M est$tica DSR#MF es la C$s adecuada( aunGue sea vol$til. a' Cicrocontroladores Gue disponen coCo CeCoria de datos una de lectura ' escritura no vol$til( del tipo EEPR3M. 1e esta orCa( un corte en el suCinistro de la aliCentación no ocasiona la pJrdida de la inorCación( Gue est$ disponible al reiniciarse el prograCa. El PI%)*9=8 dispone de *8 b'tes de CeCoria EEPR3M para contener datos.

L1#eas !e E2S: # eOcepción de dos patitas destinadas a recibir la aliCentación( otras dos para el cristal de cuarzo( Gue regula la recuencia de trabao( ' una C$s para provocar el Reset( las restantes patitas de un Cicrocontrolador sirven para soportar  su coCunicación con los periJricos eOternos Gue controla. 7as lneas de ES Gue se

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adaptan con los periJricos Canean inorCación en paralelo ' se agrupan en conuntos de ocKo( Gue reciben el noCbre de Puertas. a' Codelos con lneas Gue soportan la coCunicación en serieH otros disponen de conuntos de lneas Gue iCpleCentan puertas de coCunicación para diversos protocolos( coCo el I,%( el USB( etc.

Re'ursos au3""ares: Según las aplicaciones a las Gue orienta el abricante cada Codelo de Cicrocontrolador( incorpora una diversidad de coCpleCentos Gue reuerzan la potencia ' la leOibilidad del dispositivo. Entre los recursos C$s coCunes se citan los siguientes& •

%ircuito de relo& se encarga de generar los iCpulsos Gue sincronizan el uncionaCiento de todo el sisteCa.

•

2eCporizadores( orientados a controlar tieCpos.

•

Perro 6uardi$n o QatcK1og& se eCplea para provocar una reinicialización cuando el prograCa Gueda bloGueado.

•

%onversores #1 ' 1#( para poder recibir ' enviar seales analógicas.

•

SisteCa de protección ante allos de aliCentación.

•

Estados de reposos( gracias a los cuales el sisteCa Gueda congelado ' el consuCo de energa se reduce al CniCo.

Pro0ra%a'",# !e %"'ro'o#troa!ores: 7a utilización de los lenguaes C$s cercanos a la C$Guina Dde bao nivelF representan un considerable aKorro de código en la conección de los prograCas( lo Gue es Cu' iCportante dada la estricta liCitación de la capacidad de la CeCoria de instrucciones. 7os prograCas bien realizados en lenguae EnsaCblador optiCizan el taCao de la CeCoria Gue ocupan ' su eecución es Cu' r$pida. 7os lenguaes de alto nivel C$s eCpleados con Cicrocontroladores son el % ' el B#SI% de los Gue eOisten varias eCpresas Gue coCercializan versiones de coCpiladores e intJrpretes para diversas aCilias de Cicrocontroladores. a' versiones de intJrpretes de B#SI% Gue perCiten la eecución del prograCa lnea a lnea( ' en ocasiones( residen en la CeCoria del propio Cicrocontrolador. %on ellos se puede escribir una parte del código( eecutarlo ' coCprobar el resultado antes de proseguir.

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M"'ro'o#troa!or Ar!u"#o  #rduino es una plataorCa de electrónica abierta para la creación de prototipos basada en sotTare ' KardTare leOibles ' $ciles de usar. Se creó para artistas( diseadores( aicionados ' cualGuiera interesado en crear entornos u obetos interactivos.  #rduino puede toCar inorCación del entorno a travJs de sus pines de entrada de toda una gaCa de sensores ' puede aectar aGuello Gue le rodea controlando luces( Cotores ' otros actuadores. El Cicrocontrolador en la placa #rduino se prograCa Cediante el lenguae de prograCación #rduino Dbasasdo en QiringF ' el entorno de desarrollo #rduino Dbasado en ProcessingF. 7os pro'ectos KecKos con #rduino pueden eecutarse sin necesidad de conectar a un ordenador( si bien tienen la posibilidad de Kacerlo ' coCunicar con dierentes tipos de sotTare Dp.e. 9lasK( Processing( MaOMSPF.. a' Cultitud de dierentes versiones de placas #rduino. 7a actual placa b$sica( el 1ueCilanove( usa #tCel #2Cega,= . 7a anterior 1ieciCila( ' las priCeras unidades de 1ueCilanove usaban el #tCel #2Cega)*=( Cientras Gue las placas Cas antiguas usan el #2Cega=. El #rduino Mega est$ basado en el #2Cega),=-.

Ar!u"#o UNO Es una placa electrónica basada en el #2Cega,=. %uenta con )8 entradas  salidas digitales pines Dde las cuales * se puede utilizar coCo salidas PQMF( * entradas analógicas( un resonador cer$Cico )* Mz( una coneOión USB( un conector de aliCentación( una cabecera I%SP( ' un botón de reset. %ontiene todo lo necesario para apo'ar el Cicro"controlador( basta con conectarlo a un ordenador con un cable USB o el poder con un adaptador de %# a %% o batera para eCpezar.

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Resu%e# Cara'ter1st"'o Microcontroladores #2Cega,= 2ensión de uncionaCiento :V Voltae de entrada