brazo control ado por puerto paralelo

8/6/2019 Brazo Control Ado Por Puerto Paralelo

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SEGUNDO CONGRESO NACIONAL DE ELECTRONICA, 24, 25 ,26 DE SEPTIEMBRE DE 2002CENTRO DE CONVENCIONES WILLIAM O JENKINS , PUEBLA PUE. MEXICO

DISEO DE UN BRAZO ROBOT CONTROLADO POR EL PUERTOPARALELO

Nombre: Grupo GDEAAfiliacin: Facultad de Ciencias de la ElectrnicaDireccin: Av. Sn. Claudio y 18 sur , C.U. FCE

E-mail: [email protected]

RESUMEN

El puerto paralelo tiene capacidades que se puedenutilizar para aplicaciones de control, pues posee unarelativa facilidad de manejo de la informacin en el bus

de 8 bits de salida , por lo que se simplifica el uso de estehardware como herramienta de control, as pues tomandoen cuenta estas propiedades se construye una interfaz paramanejar de manera segura las seales del puerto y seaade un circuito de potencia a la salida de ste para elcontrol de un motor de pasos; con este primer trabajo, sedisea una interfaz con la que se controlan 4 motores depasos, que de acuerdo al diseo mismo se pueden acoplarpara formar un brazo robot.

1. INTRODUCCION

La robtica y el control por computadora hoy en da se

han transformado en reas de mucho inters tecnolgico,pues la industria y la ciencia mdica entre otros,requieren indudablemente el apoyo de stas disciplinas, espues ste trabajo un paso hacia el encuentro con lasaplicaciones directas de la electrnica, es decir hacer laelectrnica en un plano prctico empleando cocimientosque los lectores adquieren durante la licenciatura enelectrnica.El puerto paralelo de una PC ha llegado a ser undispositivo de comunicacin hacia y del mundo exteriorcon una amplia gama de aplicaciones, es indudable quehoy en da ste hardware ha sido superado pordispositivos que poseen capacidades extendidas, pero nopor ello, deja de ser una herramienta til y por dems fcilde utilizar.Si bien es conocido el puerto paralelo posee diversosmodos de operacin, y cada modo tiene caractersticasespecificas que hacen de ellos ptimos para aplicacionesdiferentes; el trabajo propuesto utiliza el modo SPP[1](Standard Parallel Port) pues de acuerdo al objetivo,trabajar con este modo de operacin cubre las necesidadesdel mismo al realizar una comunicacin efectiva con elmundo exterior por medio de la interfaz a realizar.

2. EL HARDWARE DEL PUERTOPARALELO

El puerto paralelo de una PC se define como undispositivo de E/S que para comunicarse con el mundoexterior utiliza un conector hembra de tipo D de 25 patitas(DB-25 S), ste es el caso ms comn, sin embargo esconveniente mencionar los tres tipos de conectoresdefinidos por el estndar IEEE 1284, el primero, llamado1284 tipo A es un conector hembra de 25 patitas de tipoD, es decir, el que mencionamos al principio. El orden delas patitas del conector es ste:

El segundo conector sellama 1284 tipo B que esun conector de 36patitas de tipo

centronics y lo encontramos en la mayora de lasimpresoras; el tercero se denomina 1284 tipo C, se tratade un conector similar al 1284 tipo B pero ms pequeo,adems se dice que tiene mejores propiedades elctricas ymecnicas, ste conector es el recomendado para nuevosdiseos. La siguiente tabla describe la funcin de cadapatita del conector 1284 tipo A que se encuentracomnmente en una PC:

Patita E/SPolaridad

activa Descripcin

1 Salida 0 Strobe

2 ~ 9 Salida -Lneas de datos

(bit 0/patita 2, bit 7/patita 9)

10 Entrada 0Lnea acknowledge

(activa cuando el sistema remoto tomadatos)

11 Entrada 0Lnea busy

(si est activa, el sistema remoto no aceptadatos)

12 Entrada 1 Lnea Falta de papel(si est activa, falta papel en la impresora)

13 Entrada 1Lnea Select

(si est activa, la impresora se haseleccionado)

14 Salida 0Lnea Autofeed

(si est activa, la impresora inserta una


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nueva

lnea por cada retorno de carro)

15 Entrada 0Lnea Error

(si est activa, hay un error en laimpresora)

16 Salida 0

Lnea Init(Si se mantiene activa por al menos 50

micro-segundos, sta sealautoinicializa la impresora)

17 Salida 0Lnea Select input

(Cuando est inactiva, obliga a laimpresora a salir de lnea)

18 ~25 - - Tierra elctrica

Tabla 1: Configuracin del puerto paralelo estndar

Observe que el puerto paralelo tiene 12 lneas de salida (8lneas de datos, strobe, autofeed, init, y select input) y 5de entrada (acknowledge, busy, falta de papel, select yerror). El estndar IEEE 1284 define cinco modos deoperacin: Modo compatible,Modo nibble , Modo byte,Modo EPP( puerto paralelo ampliado), Modo ECP (puertode capacidad extendida ).El objetivo de ste artculo essolo trabajar con el modo compatible. Hay tresdirecciones de E/S asociadas con un puerto paralelo de laPC, stas direcciones pertenecen al registro de datos, elregistro de estado y el registro de control. El registro dedatos es un puerto de lectura-escritura de ocho bits. Leer

el registro de datos (en la modalidad unidireccional)retorna el ltimo valor escrito en el registro de datos. Losregistros de control y estado proveen la interface a lasotras lneas de E/S. Cada uno de los registros del puertoparalelo se encuentran mapeados de la siguiente manera:

Direccin base = Registro de datosDireccin base +1 = Registro de estadoDireccin base +2 = Registro de control

Existen tres direcciones base para el puerto paralelo queson asignadas por el BIOS y que estn asociadas con tresposibles puertos paralelo: 0x3BCh, 0x378h y 0x278h, nosreferimos a stas como las direcciones base para el puertoLPT1, LPT2 y LPT3, respectivamente. Cuando la PC seenciende el BIOS ejecuta una rutina para determinar elnmero de puertos presentes en el sistema asignando laetiqueta LPT1 al primer puerto localizado, si existen mspuertos entonces se asignarn consecutivamente lasetiquetas LPT2 y LPT3. Para trabajar con el puertoparalelo necesitamos en primer lugar conocer la direccinbase as ignada por el BIOS (estamos hablando de una PCcompatible con IBM), podemos utilizar un programallamado Debug.exe que nos indique la(s) direccin(es)asignada(s): en la plataforma Windows vamos al meninicio , seleccionamos programas y luego MS-DOS para

abrir una ventana de Smbolo de MS-DOS y aqu podemos

introducir los comandos que se indican a continuacin,estando en ambiente DOS basta con teclear en la lnea decomandos la palabra debug, el programa respondecolocando un signo de menos - en donde tecleamos sindejar espacios en blanco d040:08L8 y presionamos latecla entrar, entonces el programa debug.exe nos indicaen una serie de nmeros la(s) direccin(es) para el (los)puerto(s) paralelo(s) disponibles en nuestro sistema, lasiguiente imagen muestra el resultado obtenido en unaPC:

Obtencin de la direccin base del Puerto Paralelo

Se puede observar una serie de nmeros de dos dgitos(ocho en total), se trata del volcado de memoria queempieza en la direccin 40:0008h. Los primeros seispares de nmeros representan las direcciones base paralos puertos paralelo instalados, en la imagen de arriba seaprecia que el nico puerto paralelo de una PC tpica est

en la direccin 0x378h (78 03). Los nmeros estninvertidos porque Intel almacena tal informacin en unformato de "byte de bajo orden - byte de alto orden". Unavez que obtenemos la informacin deseada cerramos elprograma Debug.exe simplemente tecleando la letra q ypresionando la tecla entrar. Para cerrar la ventana deSmbolo de MS-DOS tecleamos la palabra exit ypresionamos la tecla entrar.

3. DISEO Y CONSTRUCCIN DE UNAINTERFAZ PARA EL PUERTOPARALELOUna vez conocida la direccin base del Puerto paralelo,podemos enviar informacin a ste por medio del registrode datos que es la direccin base en si, con lo que con unsoftware que nos permita escribir a sta direccinpodemos enviar seales directamente al bus de 8 bits delpuerto paralelo, una vez que se puede enviar informacinal puerto paralelo, se necesita disear una interfaz pormedio de la cual se pueda realizar una conexin segura alpuerto paralelo.La interfaz nos proveer de 8 salidas TTL, 4 lneas deentrada TTL y 7 salidas de potencia(500mA). Esimportante tener en cuenta que las salidas TTL entreganuna tensin de 5v y solo se les puede exigir un mnimo decorriente, apenas suficiente para activar un transistor o


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bien un par de compuertas TTL. As mismo, las entradas

TTL deben ser alimentadas con una tensin mxima de 5vo de lo contrario el chip resultar daado. Las 7 salidas depotencia no son mas que la amplificacin mediante unarreglo de transistores Darlington de las salidas TTL 0 a 6(la salida 7 no es usada). Este chip puede drenar unacorriente mxima de 500mA, lo que es suficiente paraactivar un LED, un Rel y hasta un motor de DC de bajoconsumo.Debido a la necesidad de manejar niveles altos decorriente se propone la construccin de una fuente devoltaje con un regulador 78L05[2] de 9 a 5 volts.

Regulador de voltaje de 5 volts

Circuito que representa la interfaz con el puerto paralelo

El circuito consta de un buffer conectado al bus de 8 bitsde salida del puerto paralelo y es el 74LS245[3] con loque aseguramos que no exigiremos al puerto paralelo unacorriente mayor a la que puede proporcionar; a la salidade ste buffer en las 7 lneas menos significativas seconecta un arreglo Darlington para proporcionar 7 salidasde potencia; en la parte inferior del diagrama se tiene unbuffer conectado a las 4 lneas del registro de estado conlo que de manera segura podemos enviar informacinhacia el puerto paralelo, cabe mencionar que el circuitointegrado que tiene el arreglo Darlington (ULN2003[4])se conecta a los 12 volts(antes del regulador) y los buffersse conectan a 5 volts(despus del regulador), por lo que

por conveniencia en el mismo circuito se integra el

regulador de 12 a 5 volts.

4. CONTROL DE 4 MOTORES DE PASOSPOR MEDIO DE LA INTERFAZ

El siguiente circuito nos describe la forma por le que sepueden controlar los 4 motores a pasos. Los Flip-Flop74HC373[5] (IC1 a IC4) son los encargados de transmitirla secuencia de pulsos a los motores M1 a M4respectivamente. Los cuatro bits menos significativos(TTL0 a TTL3) del puerto de salida TTL de la interfaz, seutilizan para generar la secuencia de pulsos de losmotores, mientras que los cuatro bits ms significativos

(TTL4 a TTL 7) fijan los datos anteriores en el Flip-Flopcorrespondiente a cada uno de los motores. Las salidas delos Flip -Flops son amplificadas por los transistoresDarlington (IC5 a IC7) para obtener la corriente de salidanecesaria para manejar los motores (no se debe superarlos 500mA en ningn momento).

NOTA: Este circuito posee dos tipos de alimentacin,VCC de 5v y VDD de 12v. Ambas pueden ser tomadasdesde la Interfaz para el Puerto Paralelo. VDD (12v) setomar de la misma alimentacin usada para alimentar laInterfaz para el Puerto Paralelo, mientras que VCC (5v) se


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debe tomar de la salida del regulador de voltaje (78L05)

ubicado en la Interfaz para el Puerto Paralelo .

5. DISEO DE UN BRAZO ROBOTCONTROLADO POR MEDIO DE LAINTERFAZ

En el punto anterior se dise el circuito con el que sepueden controlar 4 motores de pasos, con lo que ahora sepuede construir un brazo robot, el cual utilice la interfazdel puerto paralelo y la interfaz de control de 4 motores apasos acoplando los stos motores en las articulacionesdel brazo.

Diagrama de un brazo robot

Como se puede apreciar este modelo es un brazo muycompleto, que posee cuatro ejes de movimiento: Base,Hombro, Codo y Mueca. Por lo que se puede realizar unacople de los 4 motores de pasos en cada articulacin,cabe mencionar que se debe caracterizar cada uno de losmotores para as disear el mejor sistema de transmisinde movimiento, es decir, cada motor tiene un ciertoconsumo de corriente, con la que puede proveer unacantidad discreta de potencia, la cual de acuerdo a sumagnitud nos permite mover una masa (en este caso losmotores siguientes de cada articulacin), una vez que se

determina la potencia neta que entrega cada motor, seprocede a establecer el mtodo de transmisin demovimiento, el cual puede ser por medio de poleas, oengranes, cada mtodo posee diversas propiedadesmecnicas que debern ser tomadas en cuenta paraestablecer el material de los enlaces (links) entrearticulaciones y adems determinar la posicin de losmotores, es decir, si los 4 motores se ubican en la base delbrazo y el movimiento se transmite hasta la articulacin, oel motor se ubica directamente en la articulacin.

En las siguientes figuras se aprecia un modelo en el cual

los motores se encuentran en la base del brazo y elmovimiento se transmite por poleas.

Brazo robot controlado por poleas

Diseo de la transmisin de movimiento en la mueca

6. CONCLUSION

ste trabajo es considerado como el prembulo de laconstruccin de un sistema ms complejo, cabemencionar que el software de control de las seales delpuerto paralelo, se dise especficamente para el controlde la interfaz, ste software nos permite generar unarchivo en donde se indique la secuencia en la que seenva informacin al puerto paralelo as como lafrecuencia con la que se enviarn.

Claramente se observan un gran nmero de ventajas paraeste circuito, pues de ste modo se obtiene un sistema decomunicacin computarizado de fcil utilizacin yampliamente aplicable.


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ste estudio, como se mencion arriba, es un aintroduccin a un sistema con un grado mayor decomplejidad, por lo que queda abierto a la realizacinfsica del sistema.

7. REFERENCIAS[1] http://www.beyondlogic.org/spp/parallel.htm[2] http://www.national.com/ds/LM/LM78L05.pdf

[3]http://www.fairchildsemi.com/ds/DM/DM74LS245.pdf

[4] http://www.allegromicro.com/datafile/2001.pdf

[5]www.ee.washington.edu/stores/DataSheets/cd4000/74hc373.pdf

brazo control ado por puerto paralelo

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