Sensor lego a butia

Objetivo

Adaptar sensores/actuador lego para que sean usados en el kit butiá a traves de la construcción e implementación de algún tipo de adaptador.

Integrantes

• Nicolás Correa
• Claudio Remiro
• Luis Costela

Tutor

• Federico Andrade

Motivación

• Posibilidad de usar los sensores de ambos kid en el butiá, simplificar simplificar el cableado y peso del robot, ya que no se necesitan dos controladores y alcanza con la placa del butiá.

Investigación

Se realizó una investigación sobre los circuitos que integran los sensores butiá y lego, así como también sobre los conectores y cables de cada sensor, para comprender como estos funcionan y poder arribar a una solución integral.
Una vez conocidas las características de cada sensor tanto de los del kit Butiá como del kit Lego, seleccionamos los sensores de botón, gris y luz para hacer una adaptación.

Carácteristicas de los sensores Butiá

Lo relevante para el proyecto, en cuanto a estos sensores refiere, es la identificación a través de una resistencia y la señal o dato

• Se ve en el diagrama que hay dos resistencias y dos pistas, una que va del conector al dispositivo, la otra vuelve al conector. La pista que vuelve al conector esta conectado a la resistencia que identifica al sensor y la otra es la pista de datos.

Carácteristicas de los sensores Lego

Para los sensores seleccionados se desarmó cada sensor para ver y comprender su funcionamiento y se observó que no tenía ningún procesamiento de la señal en particular.

Cable RJ12

El cable RJ12 es un cable similar al RJ12 estándar, se diferencia por la colocación de la pestaña de enganche, que se sitúa a la derecha. Esta construcción produce problemas a la hora de buscar cambiarlos o construir nuevos cables, ya que es un conector específico. Este tipo de cable consta de 6 como puede verse

• Pin 1 (Blanco): AN
  

Este pin puede tener dos usos: como entrada analógica, o como fuente de energía para algunos sensores del antiguo RCX.

Si se usa este pin como entrada analógica, la señal es conectada a un convertidor analógico-digital de 10 bits, incluido dentro del procesador del NXT. 

Para algunos sensores del RCX (también llamados sensores activos), este pin suministra una tensión teórica de 9V, correspondiente al de las pilas. 

Para este tipo de sensores, el NXT ofrece una tensión durante 3ms y lee la entrada durante 0.1ms, repitiendo el ciclo indefinidamente.

• Pines 2 y 3 (Negro y rojo): GND
  

Son los pines de tierra, que están conectados el uno al otro dentro del NXT y en los sensores. Las señales son medidas tomando estos pines de masa como referencia.

• Pin 4 (Verde): IPOWERA
  

Proporciona la corriente necesaria a todos los sensores del NXT, y a los encoders de los motores. 

Está conectado internamente a los siete puertos de entrada y salida del brick y tiene un límite de corriente de 180mA. 

Eso significa que cada puerto dispone de aproximadamente de unos 25mA, aunque se puede consumir más si otro consume menos. 

• Pines 5 y 6 (Amarillo y azul): DIGIAI0 y DIGIAI1
  

Son los pines de entrada/salida usados para el protocolo de comunicación digital I2C.

ANÁLISIS DEL PROBLEMA A RESOLVER

• Hipótesis:

1) Cruzar cables
   - Ventajas: Simple, de fácil elaboración
   - Desventajas: Hay que cortar muchos cables, RJ12 difíciles de conseguir
                  Solución un tanto des-prolija

2) Diseñar un circuito que resuelva la traducción.
   - Ventajas: Aporte técnico de mayor valor agregado para la comunidad.
               Más prolijo
               Se pueden reutilizar los cables
   - Desventajas: Dificultad de conseguir conector hembra RJ12

Se opta por la hipótesis 2

• Problema concreto

a) Resolver la adaptación por medio de un circuito que permita conectar un RJ45 con el butiá y en RJ12 con el Lego.

b) Poder hacer la traducción de un sensor a otro por medio de un circuito.

Dificultades:

- Recurso RJ12

- Diseño de Sensores Lego + sofisticados?

Adaptación de RJ12 a RJ45

La dificultad de conseguir fichas RJ12 para Lego nos llevo a explorar diferentes posibilidades para realizar el adaptador:

• Comprar las fichas en el exterior ya que en Uruguay no se consiguen.
  
• Construir las fichas macho RJ12 cortando una ficha RJ12 estandar.
  
• Conectar una ficha macho RJ12 en RJ45.
  

Esta última opción observamos que era posible ya que los 6 cables del conector RJ12 tenian continuidad en el conector hembra RJ45.

Prueba de concepto

• Con el fin de probar la hipótesis planteada y mitigar dificultades técnicas, se usaron circuitos sin armar de los sensores de botón y luz de un butiá y se cableo directamente al sensor del lego correspondiente para verificar que se obtenía una lectura adecuada para cada sensor.
• Luego de analizar los circuitos del sensor lego y estudiado los cables se soldó directamente el RJ12 al circuito como se muestra a continuación.

Construcción de circuitos

• Adaptador Sensor Botón:
  

Basándonos en el circuito del sensor botón de Butiá [1] desarrollamos el adaptador con la resistencia de identificación de 10kΩ. Luego diseñamos el circuito que conecta el RJ45 para el sensor de Lego.
Kicad[2]

• Adaptador Sensor Gris:
  

Basándonos en el circuito del sensor de gris de Butiá [3] desarrollamos el adaptador con la resistencia de identificación de 120Ω. Luego diseñamos el circuito que conecta el RJ45 para el sensor de Lego.
Kicad[4]

• Adaptador Sensor Luz:
  

Basándonos en el circuito del sensor de luz de Butiá [5] desarrollamos el adaptador con la resistencia de identificación de 68kΩ. Luego diseñamos el circuito que conecta el RJ45 para el sensor de Lego. Con este sensor tuvimos la dificultad de que el rango de valores no era lo suficientemente grande como para que sea fácil de usar con la resistencia de 68kΩ para los datos por lo que la cambiamos por una de 10kΩ para tener un mayor rango de valores.
Kicad[6]

Resultado Final

• Adaptador Sensor Botón:

• Adaptador Sensor Gris:

• Adaptador Sensor Luz:

Trabajos futuros

• Adaptar el motor lego y ultrasonido
• Diseñar un adaptador multi-sensor que permita en un único circuito configurar el tipo de traducción que se quiera hacer
• Adaptar los sensores butiá para ser usados en un lego.