DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MANDO DE CONTROL PARA UN VEHÍCULO TELEOPERADO

DIANA LUCIA PUENTES GAITÁN SERGIO ALEJANDRO RÍOS BONILLA DIEGO SALVADOR RAMÍREZ

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA BOGOTÁ 2010

DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN MANDO DE CONTROL PARA UN VEHÍCULO TELEOPERADO

DIANA LUCIA PUENTES GAITÁN SERGIO ALEJANDRO RÍOS BONILLA DIEGO SALVADOR RAMÍREZ

Trabajo de grado

Asesor: Néstor Penagos Ingeniero Electrónico

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERÍA INGENIERÍA ELECTRÓNICA BOGOTÁ 2010

CONTENIDO

Pág.

INTRODUCCIÓN

14

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

15

1.1 ANTECEDENTES

15

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

26

1.3 JUSTIFICACIÓN

27

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

27

1.4.1 Objetivo general

27

1.4.2 Objetivos específicos

28

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO

28

2. METODOLOGÍA

29

3. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD

30

/ CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA

4. DESARROLLO INGENIERIL

31

4.1 CONTROL DE MANDO

31

4.1.1 Sensores

32

4.1.1.1 Tipos de sensores

33

4.1.1.2 Acelerómetro

34

4.1.1.3 Elección del sensor

42

4.1.2 Microcontrolador

46

4.1.2.1 Microcontroladores PIC

49

4.1.2.2 Microcontrolador HC908 de Freescale.

53

4.1.2.3 Elección del Microcontrolador PIC

55

4.1.3 Transmisión

60

4.1.3.1 Tipos de comunicación

60

4.1.3.2 Comunicación inalámbrica

61

4.1.3.3 Elección del dispositivo de transmisión 4.1.4

Circuito electrónico del control de mando.

4.2 VEHÍCULO

63 67

70

4.2.1 Recepción

70

4.2.2 Control

72

4.2.3 Actuadores

73

4.2.4 Circuito electrónico del vehículo

78

5. DESCRIPCIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS

83

6. CONCLUSIONES

86

7. RECOMENDACIONES

87

BIBLIOGRAFÍA

88

LISTA DE TABLAS

Pág.

Tabla 1. Tipos de sensores

33

Tabla 2. Tipos de acelerómetros

42

Tabla 3. Diferentes modelos de acelerómetros

43

Tabla 4. Selección de nivel de sensibilidad del MMA7260QT

45

Tabla 5. Nomenclatura de los PICs

51

Tabla 6. Relación familia-gama de los microcontroladores PIC

52

Tabla 7. Características de algunos dispositivos de la familia HC908.

54

Tabla 8. Características PIC 16F873 y 16F877

57

Tabla 9. Tipos de comunicación

61

Tabla 10. Características de los dos tipos de comunicación

63

inalámbrica sin protocolo

Tabla 11. Características de diferentes transmisores

64

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Comet III

16

Figura 2. S-PC

17

Figura3. Vehículo manejado vía radio

17

Figura 4. Vehículos desarrollados

18

Figura 5. Sojourner Rover

19

Figura 6. Partes del Sojourner Rover

19

Figura 7. Acelerómetro en teléfonos móviles

21

Figura 8. Juegos con acelerómetros

21

Figura 9. Combinación GPS y acelerómetro

22

Figura 10. Acelerómetro en el Nintendo Wii

23

Figura 11. Acceleglove

24

Figura 12. Acceleglove en uso

24

Figura 13. Componentes del Segway

25

Figura 14. Segway

26

Figura 15. Diagrama en bloques del sistema

31

Figura 16. Diagrama en bloques del control de mando

32

Figura 17. Principio Fundamental de un acelerómetro

35

Figura 18. Esquema de un Acelerómetro Mecánico

36

Figura 19. Acelerómetro piezoeléctrico

37

Figura 20. Acelerómetro piezoresistivo

38

Figura 21. Esquema interno de un acelerómetro capacitivo

39

Figura 22. Capacitancias iguales Ca = Cb

40

Figura 23. Variación en las capacitancias

40

Figura 24. Acelerómetros MEMS

41

Figura 25. MMA7260QT vista desde abajo

44

Figura 26. MMA7260QT vista desde arriba con distribución de pines

45

Figura 27. Acelerómetro MMA7260QT Seleccionado

46

Figura 28. Diagrama de bloques de un Microcontrolador

47

Figura 29. Arquitecturas (a) von Neumann y (b) Harvard

49

Figura 30. Oscilador de cristal

50

Figura 31. Oscilador RC

51

Figura 32. Microcontrolador HC908.

53

Figura 33. Arquitectura de ejecución CPU08.

54

Figura 34.Diagrama de pines del PIC16F873 (encapsulado de 28 pines) 56

Figura 35. Diagrama de pines del PIC16F877 (encapsulado de 40 pines) 56

Figura 36. Diagrama de bloques general de los PIC de gama media

58

Figura 37. Descripción del Pinout del PIC16F873 y PIC16F876

59

Figura 38. Comunicación por infrarrojo

62

Figura 39. TLP 434A Transmisor

64

Figura 40. Modulación ASK

65

Figura 41. Circuito para conexión TLP434A

66

Figura 42. Diagrama del circuito del control remoto

67

Figura 43. Diagrama de flujo del programa del microcontrolador

69

para la transmisión

Figura 44. Diagrama de flujo de los componentes instalados en el

70

vehículo

Figura 45. RLP 434 Receptor

71

Figura 46. Circuito de aplicación del RLP343

72

Figura 47. Rotor

74

Figura 48. Estator

75

Figura 49. Componentes del motor DC

75

Figura 50. Movimientos de un motor DC

76

Figura 51.Modulacion de ancho de pulso PWM

77

Figura 52. Puente H de control del motor

78

Figura 53. Diagrama circuital del vehículo (microcontrolador,

79

decodificador y receptor)

Figura 54. Diagrama circuital del vehículo (Puente H,

80

optoacopladores y motor)

Figura 55. Diagrama de flujo del programa del microcontrolador

82

para la recepción

Figura 56. Esquema general y pines de la LCM08002B

84

Figura 57. Fotografía del vehículo y control de mando

85

LISTA DE ANEXOS

Pág.

Anexo A. Especificaciones técnica de los dispositivos

92

Anexo B. Líneas de código

123

Anexo C. Tarjetas y montajes

152

INTRODUCCIÓN

A través de la historia el hombre ha desarrollado diferentes formas de simplificar sus tareas cotidianas, utilizando gran variedad de mecanismos que se han ido desarrollando con el tiempo. Los vehículos motorizados son

una muestra del

ingenio del hombre en su afán de mejorar su calidad de vida; actualmente estos vehículos están involucrados en casi todas las labores y actividades que el hombre realiza diariamente. Existen vehículos que sirven para transporte de personas, carga pesada y hasta para diversión de niños y adultos como lo son los vehículos teleoperados.

Los vehículos operados a distancia son aquellos que son controlados por un usuario desde una estación remota. Fueron creados principalmente para el entretenimiento de niños, pero al ver la utilidad de estos vehículos en diferentes actividades, llegaron a ser utilizados en la realización de tareas difíciles y peligrosas para el hombre. Los vehículos exploradores fueron diseñados principalmente para proteger la vida humana; la idea principal consiste en usarlos en lugares que tengan algún tipo de riesgo o poca accesibilidad para un humano, con fines de rescate o prevención, ya que en dichos vehículos se pueden incluir varios dispositivos

como por ejemplo: cámaras, sensores de temperatura,

sensores que detecten metales, entre otros.

14

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 ANTECEDENTES Como se menciona en el artículo Móviles o vehículos robot 1, los vehículos robotizados están basados en carros o plataformas y formados por un sistema automotor de tipo rodante. En los años cincuenta fueron diseñadas las tortugas motorizadas que sirvieron como base para estudios de inteligencia artificial, que comenzaron a ser desarrollados entre los años de 1965 y 1973 en la universidad de Stamford.

En la actualidad existen diferentes tipos de vehículos no tripulados; estos están categorizados dependiendo de la tarea para la cual han sido diseñados. Por ejemplo: por el

medio en el cual se ejecutara su tarea, la forma cómo se

movilizará, entre otras características. Existen vehículos militares no tripulados que tienen entre sus funciones, explorar campos minados y lugares peligrosos para el ser humano; estos vehículos cuentan con un blindaje especial que lo protege de explosiones o posibles ataques. Un ejemplo de este tipo de vehículo puede verse en el artículo “Japoneses diseñan robots para salvar vidas 2”, es el Comet III, un vehículo con forma de araña metálica (ver figura 1), el cual podría rastrear minas anti personales o sobrevivientes entre escombros.

Su creador

kenzo Nonani afirma que “Mi convicción es que la gente no tendría que hacer trabajos peligrosos”, por esta causa invierte su tiempo creando robots para actividades de rescate o con fines humanitarios.

1

Móviles o vehículos robot. En: HISTORIA DEL ARTE DE LA ROBÓTICA [en línea]. 1 abril 2009. Disponible en Web: < http://robotik-jjlg.blogspot.com/2009/04/moviles-o-vehiculos-robot.html>. 2 Japoneses diseñan robots para salvar vidas. En: PARITARIOS [en línea]. Chile. Disponible en Web: < http://www.paritarios.cl/ciencia_robot_salva%20_vidas.htm>.

15

Actualmente existen empresas que realizan proyectos de investigación sobre vehículos teleoperados como por ejemplo S-PC 3 (Sistemas de Percepción y Control S.L.), que ha desarrollado vehículos para aplicación en vigilancia o en inspección de zonas con algún tipo de riesgo (Figura 2). Esta empresa también ha diseñado y construido vehículos que alcanzan grandes velocidades piloteados vía radio (Figura 3 y 4).

Figura 1. Comet III

Fuente: http://www.paritarios.cl/ciencia_robot_salva%20_vidas.html

3

Vehículos teleoperados. En: Sistemas de percepción y control [en línea]. España. Disponible en Web: < http://www.s-pc.com/productos_vehiculos.html>.

16

Figura 2. S-PC

Fuente: http://www.s-pc.com/productos_vehiculos.html

Figura 3. Vehículo manejado vía radio

Fuente: http://www.s-pc.com/productos_vehiculos.html

17

Figura 4. Vehículos desarrollados

Fuente: http://www.s-pc.com/productos_vehiculos.html

También se puede destacar el proyecto llamado Sojourner Rover 4 (Figura 5 y 6), que consiste en un pequeño vehículo robotizado de seis ruedas, construido por el JET PROPULSIÓN LABORATORY de la nasa, diseñado para ser enviado a Marte dentro del Mars Pathfinder (Misión enviada a Marte en 1996) , con capacidad de transmitir imágenes y realizar experimentos en el suelo de Marte. Las medidas del ROVER son: 65 centímetros de largo, 48 cm de ancho, y 30 cm de altura. El sistema de alimentación del ROVER está compuesto de un arreglo de paneles solares y una electrónica de potencia para su adecuado manejo y distribución. Cuenta con la capacidad de moverse en terrenos difíciles y rocosos, ya que posee seis ruedas dotadas de 3 grados de libertad que le permite adaptarse a terrenos difíciles.

4

Mars Pathfinder. En: Wikipedia [en línea]. http://es.wikipedia.org/wiki/Mars_Pathfinder>.

18

Abril

2010.

Disponible en

Web:

<

Figura 5. Sojourner Rover

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Rover_Sojourner_lmb.png

Figura 6. Partes del Sojourner Rover

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Archivo:Rover_Sojourner_lmb.png

En nuestro país existen proyectos académicos desarrollados por estudiantes de diferentes universidades sobre robots móviles. Uno de estos proyectos fue

19

realizado por Oscar Iván Morales Solano y Asdrúbal Toledo Dueñas 5 estudiantes de la facultad de ingeniería de diseño y automatización electrónica de la Universidad de la Salle de Bogotá en 2006. El proyecto consistía en diseñar un vehículo explorador tele controlado con un sistema de adquisición de video a bordo, dotado de sensores de temperatura y gases; la dirección del vehículo se controlo por medio de un sistema inalámbrico de radiofrecuencia.

Otro proyecto de vehículos no tripulados fue realizado por Javier Betancur y Leonardo Arbeláez6, estudiantes de la Universidad de EAFIT de Medellín en 2004. El objetivo principal de este proyecto era diseñar un vehículo no tripulado para labores de desminado humanitario. Básicamente era un mecanismo que ejercía presión al piso y con esto lograba activar las minas; este vehículo contaba con un blindaje que soportaba las descargas explosivas y además tenía un sistema de mando a distancia. Según el artículo publicado en Wayerless 7, los acelerómetros son pequeños dispositivos que actualmente rodean el entorno del ser humano; estos son empleados en la mayoría de aparatos que se usan a diario, pero de los cuales no se había tenido gran conocimiento hasta hace unos pocos años, cuando los celulares innovaron en el uso de los acelerómetros. Estos dispositivos han sido usados en los airbags de los automóviles, para detectar si se produjo un verdadero choque o solo fue una frenada brusca. También es muy común verlos en las cámaras digitales, donde son utilizados para la estabilización de la imagen. Los celulares actualmente usan estos dispositivos para girar la imagen de la pantalla o para cambiar canciones con un solo movimiento del celular (ver Figura 5

MORALES, Oscar Iván y TOLEDO, Asdrúbal. Diseño vehículo explorador. Trabajo de grado. Ingeniería de diseño y automatización electrónica. Bogotá D.C. Universidad de la Sallé. 2006. 123 p. 6 BETANCUR, Javier y ARBELÁEZ, Leonardo. Vehículo no tripulado para tareas de desminado humanitario masivo. Trabajo de grado. Ingeniería mecánica. Medellín. Universidad EAFIT. 2004. 210 p. 7 El boon de los acelerómetros. En: Wayerless [en línea]. 6 junio 2009. Disponible en Web: .

20

7). Las aplicaciones de estos dispositivos en celulares son amplias, como por ejemplo las aplicaciones para los juegos que implemento el iPhone y el iPod Touch inicialmente (ver Figura 8).

Figura 7. Acelerómetro en teléfonos móviles

Fuente: http://www.celularis.com/wp-content/uploads/2009/04/iphone_acelerometro-450x363.png

Figura 8. Juegos con acelerómetros

Fuente: http://www.wayerless.com/2009/06/el-boom-de-los-acelerometros-w-guia/

21

En combinación con un GPS, el acelerómetro ofrece mucho potencial. Cuando ya se conoce la posición gracias al satélite, se pueden aportar mas datos gracias a estos sensores, como frenadas, curvas, velocidades, etc. (inclusive, cuando un GPS pierde la señal del satélite durante unos segundos, los acelerómetros se encargan de auxiliarlos calculando la ubicación del objeto). La aplicación de realidad aumentada utilizada en el teléfono celular Android, Wikitude, es un gran ejemplo de la combinación entre un GPS y un acelerómetro. Esta aplicación le permite al teléfono saber no sólo cuándo esta frente a un POI (Punto Geográfico de Interés histórico o turístico), sino también hacia dónde está apuntando exactamente la cámara del teléfono. La idea es desplegar videos, fotos o textos en tiempo real con información de lo que se está mirando (ver Figura 9).

Figura 9. Combinación GPS y acelerómetro.

Fuente: http://www.javipas.com/2009/08/26/realidad-aumentada-un-invento-futurista/

22

Una de las aplicaciones más famosas del acelerómetro, es la que usa el Nintendo Wii. Esta consola de video juegos, cambió totalmente la forma de divertirse frente a un televisor. El Wii utiliza el acelerómetro para imitar los movimientos del jugador y representarlos en la pantalla del televisor; lo único que debe hac er el usuario es realizar los movimientos que desea que imite el juego, usando un control en el cual esta insertado el acelerómetro encargado de sensar los movimientos que el usuario realiza y así enviar la orden, mediante cable en algunos casos, a la consola para que también los haga (Figura 10).

Figura 10. Acelerómetro en el Nintendo Wii.

Fuente: http://zimmydoom.wordpress.com/2009/02/03/wtf-con-el-wii/

Otra aplicación para los acelerómetros es la implementada por la compañía AnthroTronix, ubicada en Maryland, que publico “Fieras de la ingeniería8” en un artículo, donde se muestra el desarrollo de unos guantes equipados con acelerómetros y sensores que reconocen los movimientos de la mano para así

8

Guantes equipados con acelerómetros de grandes prestaciones en control. En: Fieras de la ingeniería [en línea]. Disponible en Web: < http://www.fierasdelaingenieria.com/guantes-equipadoscon-acelerometros-de-grandes-prestaciones-en-control/>.

23

poder realizar

funciones especificas (el movimiento que la mano realiza). El

dispositivo es denominado Acceleglove (ver Figuras 11 y 12), este dispositivo viene con un sistema de código abierto para permitir a los usuarios tener control total sobre la potencialidad de esta herramienta, transmitiendo la información desde el guante a la computadora usando una conexión USB.

Figura 11. Acceleglove

Fuente:

http://www.fierasdelaingenieria.com/guantes-equipados-con-acelerometros-de-grandes-

prestaciones-en-control/

Figura 12. Acceleglove en uso

Fuente:

http://www.fierasdelaingenieria.com/guantes-equipados-con-acelerometros-de-grandes-

prestaciones-en-control/

24

Al combinar los acelerómetros con otros sensores se pueden obtener muy buenas aplicaciones, como en el caso del Segway 9 (ver Figuras 13 y 14). Este dispositivo en combinación con giroscopios, logra una movilidad en dos ruedas manteniendo el equilibrio y desplazando al usuario hacia donde este desee, con solo inclinar su cuerpo.

Figura 13. Componentes del Segway.

Fuente: http://www.segwaycol.com/soporte.htm

9

Características. En: Segway [en línea].Disponible en Web: .

25

Figura 14. Segway

Fuente: http://www.segwaycol.com/productos.htm

1.2 DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Los vehículos tele operados pueden llegar a ser de mucha utilidad en el entorno en el que el ser humano se desenvuelve hoy en día, en donde las diferentes capacidades físicas de las personas, facilitan o dificultan las diferentes actividades del diario vivir. Un ejemplo de ello sucede en los supermercados, en donde una persona con discapacidad física no tiene la facilidad en manejar los carros del mercado, haciendo que la actividad de compra sea agotadora para ellos. Los vehículos tele operados pueden llegar a ser de mucha utilidad en estos casos ; pero uno de los inconvenientes que poseen estos vehículos es la forma de manejarlos. Los vehículos no tripulados en su mayoría son manejados por controles de gran volumen y complejidad, que requieren plena atención y concentración de quien los maneje. Un vehículo que sea manejado fácilmente a cierta distancia, sin necesidad de que el usuario preste demasiada atención al control y dirección de este, podrá hacer que esta actividad, que para muchos es muy común y sencilla de realizar, sea mucho más fácil para las personas que tienen algún tipo de discapacidad física. La motorización de sillas de ruedas con mandos sensoriales, mejoraría la calidad de vida de personas discapacitadas al 26

lograr que esta se mueva con la inclinación de la mano hacia adelante, hacia atrás, derecha o izquierda. ¿Cómo diseñar e implementar un mando de control para un vehículo teleoperado?

1.3 JUSTIFICACIÓN Se ve la necesidad y utilidad de este tipo de vehículo en el mundo para desempeñar diferentes labores que faciliten el trabajo de las personas o den igualdad de condiciones en algunas labores básicas del entorno en el que el ser humano se mueve hoy en día. La necesidad de anular cualquier tipo de control utilizando un acelerómetro que permita al operario manejar este vehículo con un simple movimiento o simplemente caminado y haciendo que este lo siga, puede facilitar al operario la realización de otra actividad paralela al manejo del vehículo.

Esta forma de manejo de vehículos puede ser implementada en almacenes, bodegas, entre otros, en donde el vehículo siga a su operario mientras este camina y selecciona productos colocándolos dentro del vehículo sin prestar atención a la conducción de este. También podría se implementado en las sillas de ruedas de personas discapacitadas para facilitar la movilidad de esta, mejorando la calidad de vida de estas personas.

1.4 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.4.1 Objetivo general.

Diseñar e implementar un mando de control para un

vehículo teleoperado.

27

1.4.2 Objetivos específicos.  Establecer el diagrama de flujo tanto para el vehículo como para el control de mando.  Seleccionar los sensores más adecuados para el manejo del vehículo.  Determinar los dispositivos de control que se usaran tanto para el vehículo como para el control de mando.  Seleccionar el protocolo de comunicación que se usara entre sistema de control y vehículo.  Seleccionar los motores y actuadores que se usaran para el movimiento del vehículo.  Realizar pruebas de funcionamiento con los sensores, el protocolo de comunicación y alcance entre el vehículo y el mando, y pruebas finales de funcionamiento del vehículo tele operado.

1.5 ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO El vehículo tendrá un tamaño aproximado de 17 cm de altura, 22 cm de ancho y 30 cm de largo. La forma de movimiento será similar a la de un carro real, en dos ejes, eje x (adelante, atrás) y eje y (izquierda y derecha). El vehículo no estará en capacidad de subir ni bajar escaleras ni de saltar obstáculos.

28

2. METODOLOGÍA

De acuerdo con las políticas para la investigación establecidas por la Universidad, el enfoque de la investigación es Empírico-Analítico ya que la finalidad del proyecto es la de diseñar e implementar la construcción de un vehículo tele operado. Se elije este enfoque debido a que el interés del proyecto es técnico, orientado a la verificación de las aseveraciones teóricas con la experimentación.

29

3. LÍNEA DE INVESTIGACIÓN DE USB / SUB-LÍNEA DE FACULTAD / CAMPO TEMÁTICO DEL PROGRAMA

Para este proyecto la línea de investigación institucional es la de tecnologías actuales y de sociedad, ya que el proyecto a desarrollar se desenvuelve en un entorno actual usando la tecnología con mayor furor y empleándola en beneficio de la sociedad; la sub-línea de la facultad es instrumentación y control de procesos, ya que se pretende controlar un vehículo utilizando instrumentos que miden la sensibilidad del movimiento; y el campo temático del programa es control, debido a la finalidad del proyecto que consiste en manejar un vehículo mediante un control que posee un acelerómetro, que sensa el movimiento con respecto a la gravedad de la tierra.

30

4. DESARROLLO INGENIERIL

El trabajo será dividido en dos grandes etapas de desarrollo. La primera estará enfocada en el control de mando, donde se incluyen los sensores, la etapa de control del proceso y el sistema de comunicación entre el control y el vehículo.

La segunda etapa se enfoca en el vehículo, la cual está compuesta por: etapa de recepción del sistema de comunicación, el dispositivo de control, la etapa de potencia, y los actuadores (motores).

En Figura 15 se muestra el diagrama en bloques general del sistema, en donde aparecen las dos partes que lo conforman, unidas por medio de una línea de comunicación unidireccional.

Figura 15. Diagrama en bloques del sistema.

Control De Mando

Vehículo

Fuente: Propia

4.1 CONTROL DE MANDO Esta etapa del proyecto se enfocara en el control de mando, determinando los sensores usados, la etapa de conversión A/D y el sistema de comunicación entre el control de mando y el vehículo.

31

En la Figura 16 se muestra el diagrama en bloques del control de mando:

Figura 16. Diagrama en bloques del control de mando.

Sensor

Microcontrolador Conversor

A/D

Transmisión

Fuente: Propia

El sensor es el encargado de tomar una señal mecánica (movimiento de la mano) y transformarla a una señal de electrónica (voltaje). Luego es enviada al microcontrolador en donde

se hace la conversión A/D de esta señal, para

posteriormente pasar a la etapa de transmisión y enviarla hacia el vehículo.

4.1.1 Sensores. En esta etapa del proyecto se hace la elección del sensor que se usará para la movilidad del vehículo, mostrando las diferentes características de los sensores existentes y sus fabricantes.

Los sensores son dispositivos que pueden medir magnitudes físicas o químicas, las cuales son llamadas variables de instrumentación, y convertirlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser: temperatura, intensidad lumínica, aceleración, torsión, fuerza, presión, etc. Estas pueden ser convertidas en variables eléctricas como resistencias eléctricas, capacitancias eléctricas y corriente.

Un sensor transforma la magnitud a medir o controlar, en otra, para facilitar su medida. Pueden ser de indicación directa, como un termómetro que muestra su resultado sin necesidad de adaptaciones; o pueden estar conectados a un 32

indicador, el cual puede ser un conversor análogo-digital o un display, de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.

Generalmente la señal de salida de estos sensores no está adaptada para su lectura directa, ni para su procesamiento, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, el cual incluye amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal para usos específicos.

4.1.1.1 Tipos de sensores.

Actualmente existe gran variedad de sensores,

dependiendo del uso y de la señal que se desea sensar. En la tabla 1 se muestran algunos tipos de sensores existentes en el mercado, clasificados dependiendo de las magnitudes que manejan.

Tabla 1. Tipos de sensores Magnitudes

Transductor

Característica

Posición lineal o angular

Potenciómetro

Analógica

Encoder

Digital

Desplazamiento y

Galga extensiométrica

Analógica

deformación

Magnetoestrictivos

A/D

Magnetorresistivo

Analógica

Aceleración

Acelerómetro

Analógico

Velocidad lineal y angular

Encoder

Digital

Giróscopo Fuente: Propia.

Ya que el objetivo principal de este trabajo es diseñar un control de mando para un vehículo sin la necesidad de utilizar palancas ni botones para utilizarlo, se llega a la conclusión de que el mejor sensor que se puede utilizar para determinar el 33

movimiento del control es el acelerómetro, ya que este puede determinar el movimiento del control con respecto a la gravedad de la tierra sin necesidad de mover palancas o presionar botones.

4.1.1.2 Acelerómetro.  Fundamentos Básicos. La forma de medir la aceleración, según sustenta en su tesis Rubén Fernández10, es basándose en el principio descubierto por Isaac Newton en 1687. La segunda ley de Newton dice: “la fuerza neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo”. La forma matemática de expresar esta ley está dada por la siguiente ecuación que relaciona la fuerza (F), la masa (m) y la aceleración (a):

F = (m · a)

a=F/m

Por tanto la fuerza ejercida sobre un cuerpo es directamente proporcional al producto entre la masa (constante) de dicho cuerpo por la aceleración. La aceleración y la fuerza son magnitudes vectoriales, tienen una dirección y un sentido, lo que quiere decir que pueden ser de signo negativo o positivo. En el sistema internacional de medida las unidades de estas variables son:  Fuerza en Newtons [N]  Masa en Kilogramos [kg]  Aceleración en metros por segundo cuadrado [m/s²]

10

FERNÁNDEZ, Rubén. Sistema de adquisición de posicionamiento geográfico. Trabajo de grado. Ingeniería técnica de telecomunicaciones. España. Universidad Politécnica de Cataluña. Facultad de Ingeniería. 2007. P. 19.

34

La detección de la fuerza que es ejercida sobre una masa por una limitación elástica es el principio fundamental de los acelerómetros (figura 17).

Figura 17. Principio Fundamental de un acelerómetro

Fuente:http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/4453/1/Sistema%20de%20Adquisici%C3% B3n%20de%20Posicionamiento%20Geogr%C3%A1fico.pdf

Se tiene una masa m que se encuentra suspendida en uno de los extremos del resorte y cuya constante de proporcionalidad es k, que se desplaza una distancia y; en donde la aceleración que sufre el sistema debida a la fuerza restauradora del resorte es F = k · x. La aceleración es a= [(k · x) / m].

De esta forma se puede derivar la aceleración observando el desplazamiento x de la masa fija. Esto indica que la aceleración es el cambio de velocidad. Y se mide en m/s², o en g (donde 1g = 9.81 m/s²). F = k (x – y) = (m · a)

Donde:  k: es la constante elástica del resorte.  x – y: es la deformación.  m: es la masa. 35

 a: la aceleración el cuerpo.

 Tipos de acelerómetros. 

Acelerómetros mecánicos. Emplean una masa inerte y resortes elásticos.

Los cambios se miden con galgas extensiométricas( ), incluyendo sistemas de amortiguación que evitan la propia oscilación. En este tipo de acelerómetro, una (o más) galgas extensométricas hacen de puente entre la carcasa del instrumento y la masa inercial, la aceleración produce una deformación de la galga que se traduce en una variación en la corriente detectada por un puente de Whetstone, la deformación

es

directamente proporcional

a la

aceleración

aplicada

al

acelerómetro (Figura 18). Figura 18. Esquema de un Acelerómetro Mecánico

Fuente: http://content.honeywell.com/sensing/sensotec/accelerometer_faq.asp?category=All



Acelerómetros piezoeléctricos.

Se basa en una deformación física del

material, según argumenta Rubén Fernández 11 en su tesis, que causa un cambio en la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas. Su principal ()

Dispositivo electrónico que puede medir deformaciones. Ante una variación en la estructura del material de la galga se producirá una variación de su resistencia eléctrica. Los materiales que suelen utilizarse para realizar galgas son aleaciones de Cobre y níquel, platino y silicio. 11 FERNÁNDEZ, Rubén. Sistema de adquisición de posicionamiento geográfico. Trabajo de grado. Ingeniería técnica de telecomunicaciones. España. Universidad Politécnica de Cataluña. Facultad de Ingeniería. 2007. P. 24.

36

inconveniente radica en su frecuencia máxima de trabajo y en la incapacidad de mantener un nivel permanente de salida ante una entrada común.

El funcionamiento de este tipo de acelerómetros se basa en las propiedades de los cristales piezo-eléctricos. Estos cristales cuando son sometidos a alguna fuerza producen una corriente eléctrica, a causa de la variación de su estructura cristalina (ver Figura 19).

Figura 19. Acelerómetro piezoeléctrico

Fuente: http://www.azimadli.com/vibman-spanish/elacelermetro.htm

Poniendo un cristal de este tipo entre la base (unida al objeto cuya aceleración se quiere medir) y una masa inercial se producirá una corriente cuando ocurra una aceleración ya que la masa ejercerá una fuerza sobre el cristal. Midiendo esta corriente se puede calcular la aceleración, bien directamente si se trata de un acelerómetro de salida de corriente (culombios/g) o bien convirtiéndola a un voltaje de baja impedancia si se trata de un acelerómetro de salida de voltaje.

En el mercado se pueden encontrar diversos tipos de sensores (acelerómetros) con distintos valores de sensibilidad, alcance, banda de frecuencia de uso, etc.

37

Los sensores piezoeléctricos pre-amplificados son cada vez más usados debido a la comodidad de su uso, ya que producen un valor de tensión proporcional a la excitación aplicada, a la salida del amplificador y su comportamiento resulta independiente del conexionado exterior, puesto que la carga y la resistencia de entrada del amplificador se mantienen constantes siempre. Este tipo de sensores requiere de alimentación. 

Acelerómetros

piezorresistivos.

Un

acelerómetro

piezorresistivo

a

diferencia de uno piezoeléctrico utiliza un sustrato en vez de un cristal piezoeléctrico, según el artículo publicado por Honeywell 12, en esta tecnología las fuerzas que ejerce la masa sobre el sustrato varían su resistencia, que forma parte de un circuito que mediante un puente de Whetstone mide la intensidad de la corriente. La ventaja de esta tecnología respecto a la piezoeléctrica es que pueden medir aceleraciones hasta de cero Hz de frecuencia (Figura 20).

Figura 20. Acelerómetro piezoresistivo

Fuente: http://content.honeywell.com/sensing/sensotec/accelerometer_faq.asp?category=All

12

How does a piezo-electric accelerometer work?. En: Honeywell [en línea]. Disponible en Web: < http://content.honeywell.com/sensing/sensotec/accelerometer_faq.asp?category=All>.

38



Acelerómetros capacitivos. Según afirma Rubén Fernández 13 en su trabajo

de grado. este dispositivo se basa en la variación de capacitancias entre dos conductores entre los cuales existe un dieléctrico. Estos acelerómetros están integrados por un grupo de capacidades fijas y por un grupo de placas centrales que se encuentran unidas por anillos elásticos que dejan que estas se muevan. En la figura 21 se muestra el fundamento básico de un acelerómetro basado en capacitores. Las zonas más oscuras son las capacitancias fijas del circuito.

Figura 21. Esquema interno de un acelerómetro capacitivo

Fuente: Propia

El funcionamiento básico consiste en que mientras la placa que se encuentra en medio de las dos capacitancias este en el centro, estas capacidades serán iguales es decir Ca = Cb (Figura 22). Donde d es la distancia entre la placa central y las capacitancias fijas.

13

FERNÁNDEZ, Rubén. Sistema de adquisición de posicionamiento geográfico. Trabajo de grado. Ingeniería técnica de telecomunicaciones. España. Universidad Politécnica de Cataluña. Facultad de Ingeniería. 2007. P. 22.

39

Figura 22. Capacitancias iguales Ca = Cb

Fuente: Propia

Si se presenta alguna variación de la distancia entre la placa que se encuentra entre las dos capacitancias y estas, una de las capacitancias aumenta y la otra disminuye, tal como se ve en la Figura 23, donde z es el desplazamiento y es igual a z= (x – y).

Figura 23. Variación en las capacitancias

Fuente: Propia

40



Acelerómetros microelectromecánicos (MEMS).

Los avances en la

tecnología micro mecánica, ha permitido que estos dispositivos puedan ser usados en gran variedad de circuitos. Los acelerómetros están entre los primeros productos

de micro sistemas

(MST/MEMS)

desarrollados.

Los

sensores

micrómetro-clasificados tienen la capacidad de medir e interpretar los movimientos tales como: aceleración, vibración, choque e inclinación. Actualmente se fabrican un gran volumen y a un bajo costo. Los acelerómetros están en la mejor posición para moverse con éxito hacia otras aplicaciones, tales como el área médica, industrial y de transporte. Con relación a la tecnología básica, distinguimos tres categorías principales de acelerómetros de MEMS: el capacitivo de silicio, el piezoresistivo y, finalmente, los acelerómetros térmicos (ver Figura 24)

Los fabricantes que usan acelerómetros capacitivos

son: DI, Bosch, Denso,

Freescale, Analog Devices, Colibrys, VTI.

Figura 24. Acelerómetros MEMS

Fuente: http://www.neoteo.com/aplicaciones-de-mems-para-telefono-movil.neo

41

4.1.1.3 Elección del sensor. Para la selección del acelerómetro que se usará, se hace un cuadro comparativo con los tipos de acelerómetros existentes en el mercado (Tabla 2). También se mostrará un cuadro comparativo de los diferentes modelos de acelerómetros (Tabla 3), para así poder elegir el acelerómetro adecuado.

Tabla 2. Tipos de acelerómetros.

Tipo

Margen de medida

MEMS

1.5g - 250g

Ventajas y desventajas  Alta sensibilidad  Costo medio  Fácil uso

Piezoeléctrico

0g – 2000g

 Sensibilidad media  Complejo uso  No funciona en respuesta continua.

Piezoresistivo

0g – 2000g

 Alta sensibilidad  Bajo costo  Respuesta en alterna y continua.

Capacitivo

0g – 1000g

 Funciona en continua  Bajo ruido.  Baja potencia  Bajo costo

Mecánico

0g - 200g

 Alta precisión en continua.  Lentos  Alto costo.

Fuente: Propia

42

Tabla 3. Diferentes modelos de acelerómetros.

Modelo ADXL325

Fabricante 14

ANALOG

Aceleración

Alimentación

Sensibilidad

±5 g

2,4 V- 6 V

174 mV/g

ADXL210

ANALOG

±10 g

3V-6V

40mV /g

ADXL326

ANALOG

±3 g

1,8 V - 3,6V

300 mV/g 1.5g= 800mV/g

MMA7260QT

Freescale15

1.5g/2g/4g/6g

2.2 V – 3.6 V

2 g= 600mV/g 4g= 300mV/g 6g= 200mV/g

MMA7361L

Freescale

± 1,5 g/ ± 6g

2,2 V - 3,6 V

1.5g= 800mV/g 6g= 206mV/g

Fuente: Propia

Para la elección de sensor se tuvo en cuenta, la disponibilidad en el mercado, la facilidad de uso, el tamaño, ya que el control debe ser lo más pequeño y delgado que sea posible, y por último que cumpla con las características para el buen desempeño del proyecto. Por todo lo anterior se decidió que el acelerómetro que mejor se ajusta a estas características el MMA7260QT, ya que este dispositivo es fácil del conseguir en el mercado, las funciones que brinda se acomodan a las necesidades del proyecto, es muy económico y muy fácil de manejar.

El acelerómetro MMA7260QT, es un acelerómetro capacitivo, que como se menciono anteriormente, trabaja con dos placas conductoras paralelas tipo electrodo con un área de exposición y una masa suspendida por medio de un elemento con rigidez. Entre la masa y los electrodos existe una distancia base simétrica, que se controla con precisión, por lo que el aire que existe en el hueco

14

Low g iMEMS Accelerometers. En: ANALOG DIVICES [en línea]. Disponible en Web: . 15

Acelerometers Low g. En: Freescale [en línea]. Disponible en .

43

Web:

entre cada electrodo y la masa sísmica forma un “capacitor mecánicamente variable”. El cambio en la distancia entre las placas corresponde a los cambios en la capacitancia. Estos acelerómetros incorporan circuitos micro-eléctricos que usan puentes capacitivos para convertir el cambio de capacitancia a una señal de voltaje útil proporcional a la aceleración. Según la hoja de datos (datasheet) suministrado por Freescale16, el sensor tiene un encapsulado de tipo superficial con 16 pines. Sus dimensiones son de 6[mm] x 6[mm] x 1,45[mm]. En la figura 25 se muestra el acelerómetro visto desde abajo y en la figura 26 se muestra una vista desde arriba, con la correspondiente distribución de pines; en la figura 27 se podrá apreciar el sensor MMA7260QT.

Figura 25. MMA7260QT vista desde abajo.

Fuente: Datasheet MMA7260QT (Anexo A)

16

±1.5g - 6g Three Axis Low-g Micromachined Accelerometer. En: Freescale [en linea]. Disponible en Web: < http://www.freescale.com/files/sensors/doc/data_sheet/MMA7260QT.pdf>

44

Figura 26. MMA7260QT vista desde arriba con distribución de pines.

Fuente: Datasheet MMA7260QT (Anexo A)

Las características principales de este dispositivo electrónico son: • Selección del nivel de sensibilidad mediante la conexión de los pines g-Select1 y g-Select2 (pines 1 y 2) como lo muestra la tabla 4.

Tabla 4. Selección de nivel de sensibilidad del MMA7260QT.

Fuente. Datasheet MMA7260QT (Anexo A)

• Su voltaje de operación es de 2.2 [V] - 3.6 [V] • Posee un bajo consumo de corriente el cual es de 500[μA] 45

• Posee modo “sleep” o de bajo consumo de 3[μA] • Viene en encapsulado superficial de 6[mm] x 6[mm] x 1.45[mm] • Cuenta con un filtro pasa bajo integrado • Posee un diseño robusto resistente a los golpes • Posee un bajo costo • No contiene plomo en los terminales

Figura 27. Acelerómetro MMA7260QT Seleccionado.

Fuente: Propia

4.1.2 Microcontrolador. En esta parte del desarrollo se hablara de los diferentes tipos de micro controladores que se tuvieron en cuanta para la elección final del microcontrolador que se usara para convertir la señal análoga que sale del sensor en digital, para así poder ser transmitida al vehículo. En su libro Fernando Valdés y Ramón Pallas 17 hablan de que un microcontrolador son circuitos integrados que

contienen los recursos fundamentales en un

17

VALDÉS, Fernando y PALLAS, Ramón. Componentes de un microcontrolador. En: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. España. 2007. P. 14-24.

46

microcomputador, como la unidad central de procesamiento (CPU), la memoria y los recursos de entrada y salida, en un único circuito integrado (ver Figura 28).

Figura 28. Diagrama de bloques de un microcontrolador.

Fuente: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC, Fernando E. Valdés y Ramon Pallás Areny. Página 14.

Los microcontroladores tienen un oscilador que genera los pulsos que sincronizan todas las operaciones internas. Aunque este puede ser de tipo RC, normalmente se usa un cristal de cuarzo (XTAL), ya que este tiene una gran estabilidad de frecuencia. La velocidad de ejecución de las instrucciones del programa está en relación directa con la frecuencia del oscilador del microcontrolador.

La CPU es el cerebro del microcontrolador; está ejecuta una a una las instrucciones del programa, las decodifica y las interpreta. La CPU dispone de registros, unos que son de propósito general, y otros de propósitos específicos, como por ejemplo el Registro de Instrucción (RI) que es el encargado de almacenar la instrucción que está siendo ejecutada por la CPU, el Acumulador (ACC) que es el registro de las operaciones aritméticas y lógicas que se pueden 47

realizar, el Registro de Estado (STATUS) que es el encargado de agrupar los bits indicadores de las características del resultado de las operaciones aritméticas y lógicas realizadas como el signo del resultado o si el resultado es c ero, el Contador de Programa (CP) es el registro de la CPU donde se almacenan direcciones de instrucciones y el Registro de Direcciones de Datos (RDD) que almacena direcciones de datos situados en la memoria.

En la memoria del microcontrolador es donde se guardan las instrucciones del programa y los datos que utiliza. Existen dos tipos de memoria en los microcontroladores: la memoria RAM (Random Access Memory) que es de lectura y escritura y es volátil, ya que pierde la información almacenada cuando no tiene energía de alimentación. La memoria ROM (Read Only Memory) es de solo lectura y no volátil.

La memoria EPROM se usa para almacenar permanentemente el programa que debe ser ejecutado por el microcontrolador y en la memoria RAM se almacenan los datos temporales.

En los microcontroladores las entradas y salidas son importantes ya que a través de ellas es que interactúan con el exterior. Los puertos paralelo y serie y los temporizadores pertenecen a la entrada y salida. El microcontrolador también puede incluir entradas y salidas análogas asociadas a convertidores AnálogoDigitales o viceversa.

Existen dos tipos de arquitecturas para el modelamiento general del hardware: arquitectura Von Neumann (Figura 29 a), que utiliza una memoria única para instrucciones y datos, esto significa, que con un mismo bus de direcciones se localizan o direccionan instrucciones y datos y que por un único bus de datos transitan las instrucciones y los datos. La señal de control que emite la CPU para leer un dato es igualmente usada para leer una instrucción. La arquitectura 48

Harvard utiliza memorias separadas para instrucciones y datos. La memoria de programa que almacena las instrucciones tiene un bus de direcciones, uno de datos y un bus de control. La memoria de datos tiene sus buses independientes también para direcciones, datos y control. La memoria de programa es de solo lectura y la de datos es de lectura y escritura. La arquitectura Harvard tiene una mayor velocidad de ejecución de los programas (Figura 29 b).

Figura 29. Arquitecturas (a) Von Neumann y (b) Harvard.

Fuente: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC, Fernando E. Valdés y Ramón Pallás Areny. Página 23.

4.1.2.1 Microcontroladores PIC (Computadores Programables Inteligentes). Como dicen Valdés y Pallas 18 en si libro, estos microcontroladores están basados en la arquitectura Harvard, con memorias de programa y de datos separadas. La memoria de programa tiene palabras de 12, 14 ó 16 bits y la memoria de datos tiene registros de 8 bits. Los PIC son microcontroladores que tienen un número 18

VALDÉS, Fernando y PALLAS, Ramón. Microcontroladores PIC. En: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. España. 2007. P. 29-51

49

pequeño de instrucciones: entre 33 y 77. Constan de un registro de trabajo (registro W) y con registros de la memoria de datos. Para las operaciones aritméticas y lógicas, uno de los operando debe estar en el registro W y el resultado se da en W o en otro registro de la memoria de datos. Las transferencias de datos se realizan entre un registro de la memoria de datos y el registro W. los PIC usan la técnica de segmentado para la ejecución de las instrucciones, en dos etapas, de forma que las instrucciones se ejecutan en un ciclo de instrucciones que equivalen a 4 pulsos del oscilador principal del microcontrolador, exceptuando las instrucciones de transferencia de control que toman dos ciclos de instrucción.

Los PIC tienen gran cantidad de dispositivos de entrada y salida. Puertos paralelos de 8 bits, temporizadores, puertos serie sincrónicos y asincrónicos, convertidores A/D de aproximaciones sucesivas de 8 y 10 bits, convertidores D/A, moduladores de ancho de pulso PWM (Pulse With Modulation) entre otros.

Los microcontroladores PIC tiene la opción de elegir entre osciladores RC, cristal de cuarzo y externo. Algunos tiene un oscilador RC interno de aproximadamente 4 MHz. Si se aumenta la frecuencia del oscilador principal, la duración de los ciclos de maquina se acortan y así el tiempo de ejecución de las instrucciones disminuye, pero con esto se aumenta el consumo de energía.

Figura 30. Oscilador de cristal.

Fuente: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC, Fernando E. Valdés y Ramón Pallás Areny. Página 35.

50

En la figura 30 se observa un oscilador de cristal, en el que los condensadores C1 y C2 tienen un valor que varía entre 15 pF y 68 pF para un cristal (XTAL) de 4 MHz. El oscilador RC de la figura 31 tiene una resistencia REXT cuyo valor está entre 3 KΩ a 100 KΩ, y el condensador C EXT es mayor a 20 pF.

Figura 31. Oscilador RC.

Fuente: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC, Fernando E. Valdés y Ramón Pallás Areny. Página 35.

 Familias de microcontroladores PIC. En la tabla 5 se puede observar la nomenclatura de los diferentes tipos de microcontroladores, esta tabla muestra una información importante a la hora de escoger un microcontrolador ya que ahí se consignan los voltajes en que en microcontrolador trabaja adecuadamente. Por ejemplo el PIC16F873 o el PIC16F877 trabaja a 4.5 V o a 6 V; además en la tabla se encuentra el tipo de memoria que este tiene.

Tabla 5. Nomenclatura de los PICs. LETRAS

ALIMENTACIÓN

MEMORIA

C

4.5-6.0 V

EPROM

CR

4.5-6.0 V

ROM

F

4.5-6.0 V

FLASH

LC

2.5-6.0 V

EPROM

51

LCR

2.5-6.0 V

ROM

LF

2.0-6.0 V

FLASH

Fuente: Propia.

Según el tamaño de sus instrucciones, los microcontroladores PIC pueden clasificarse en 3 grupos:  Gama Baja: Tienen 33 instrucciones de 12 bits, La memoria de programa es de 512 palabras, 1K ó 2K, y la de datos tiene un tamaño que varía entre 25 y 73 bytes.  Gama Media: Tienen 35 instrucciones de 14 bits. Permite interrupciones y pilas de 8 niveles  Gama Alta: 55 y 77 instrucciones de 16 bits.

Los PIC también se pueden agrupar en las siguientes 5 familias:

PIC10 (6 terminales), PIC12 (8 terminales e incluyen gama baja y media), PIC16 (incluyen gama baja y media), PIC17 (Gama Alta) y PIC18 (Gama Alta) (tabla 6).

Tabla 6. Relación familia–gama de los microcontroladores PIC.

Fuente: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC, Fernando E. Valdés y Ramon Pallás Areny. Página 45.

52

4.1.2.2 Microcontrolador HC908 de Freescale. A continuación se mostraran algunas características de esta familia de microcontroladores del fabricante Freescale. Los microcontroladores HC908 (figura 32) según Daniel Di Lella19, tienen ventajas como: una velocidad máxima de bus de 8MHz en 5V, memoria de programación de tipo Flash, Timers y conversores A/D flexibles, LVI (supervisión de baja tensión) y tiene una gran posibilidades de comunicaciones con el exterior, ya que puede usar el PWM, módulos analógicos, sensores de temperatura internos , etc.

Figura 32. Microcontrolador HC908.

Fuente: http://www.edudevices.com.ar/download/articulos/cursoMCUs/ParteII_Capitulo_2.pdf

El componente principal de los de los HC908 es la CPU 08. La comunicación de la CPU con el resto de los componentes del sistema es a través de un Bus de datos de 8 bits y un Bus de direcciones de 16 Bits. Esta CPU tiene una arquitectura Von Neuman, en donde existe solo un bus de datos que se usa para la memoria de programas y para la memoria de datos. Como se ve en la figura 33, la CPU se divide en dos partes, el EXECUTION UNIT (unidad de ejecución), que contiene la unidad aritmética y lógica que se encarga de las operaciones lógicas

19

DI LELLA, Daniel. En: Curso de Microcontroladores familia HC908 Flash [en línea]. Disponible en Web: .

53

binarias y los registros internos de la CPU, y el CONTROL UNIT (unidad de control), la cual contiene la unidad de control y tiempo que controla la unidad de ejecución (ver Figura 33).

Figura 33. Arquitectura de ejecución CPU08.

Fuente: http://www.edudevices.com.ar/download/articulos/cursoMCUs/ParteII_Capitulo_3.pdf

En la tabla 7 se muestran las características de algunos de los microcontroladores de esta familia incluidos por Daniel Di Lellan en su curso de microcontroladores 20.

Tabla 7. Características de algunos dispositivos de la familia HC908.

Dispositivo

ROM

RAM

Frecuencia

(bytes)

(bytes)

Bus interno

68HC908GP32

307

512

8MHz

40-44 pines

68HC908JB8/JB16

960

256

8MHz

44-20 pines

256

8MHz

20-28-32 pines

68HC908JK8/JL8

Encapsulado

Fuente: Propia 20

DI LELLA, Daniel. En: Curso de Microcontroladores familia HC908 Flash [en línea]. Disponible en Web:

54

4.1.2.3 Elección del microcontrolador PIC.

En esta parte se mostraran las

características de algunos microcontroladores PIC de gama media, en especial de la familia PIC16F87X (Figura 34), puesto que se determino que esta familia es la mejor para trabajar, ya que se encuentra con mayor facilidad en el mercado, el tamaño del encapsulado es el adecuado para esta aplicación, las funciones que brinda son primordiales para la elaboración del proyecto y es muy económico.

Algunas de las características más importantes que encontramos en la hoja de datos (datasheet) del PIC16F87X21, son:  Procesador RISC avanzado.  Solo 35 instrucciones con 14 bits de longitud, que se ejecutan en un ciclo de instrucción, excepto las de salto que tardan dos.  8K palabras de 14 bits para la Memoria de Programa en los modelos 16F876 y 16F877 y 4KB de memoria para los PIC 16F873 y 16F874.  368 Bytes de memoria de Datos RAM.  Pines de salida compatibles para el PIC 16C73/74/76/77.  14 fuentes de interrupción internas y externas.  Modos de direccionamiento directo e indirecto.  Perro Guardián (WDT).  Código de protección programable.  Voltaje de alimentación entre 2 y 5,5 V.  Bajo consumo: menos de 2 mA valor para 5 V y 4 MHz 20 µA para 3V y 32 MHz menos de 1 µA en standby.

21

Pic16F87X Data Sheet. En: Microchip [en línea]. Disponible en Web:

55

Figura 34. PIC con encapsulado de 28 pines.

Fuente: http://lc.fie.umich.mx/~ifranco/DATASHEET/uC/Manual_PIC16F87X.pdf

Figura 35 .Diagrama de pines del PIC16F877(encapsulado de 40 pines).

Fuente: http://lc.fie.umich.mx/~ifranco/DATASHEET/uC/Manual_PIC16F87X.pdf

56

Algunas diferencias entre los dos encapsulados son los siguientes: el PIC16F873 y el 876 son los modelos que tienen 28 pines y los 16F874 y 877 tienen 40 (Figura 35). Los encapsulados de 40 pines tienen 5 Puertos de E/S: A, B, C, D y E y los de 28 tienen solo 3 Puertos: A, B y C. Los encapsulados de 40 pines tienen 8 canales de entrada al conversor A/D y los de 28

tienen 5 canales. Los PIC

16F87X de encapsulado de 40 pines son los únicos que poseen el puerto paralelo esclavo (Ver Tabla 8).

Tabla 8. Características PIC16F873 y PIC16F877 Características

16F873

16F877

MSSP, USART

MMSP, USART

-

PSP

4KB

8KB

A, B y C

A, B, C y D

14 bits

14 bits

Nº de pines

28

40

Canales A/D

5

8

PWM

2

2

Comunicación serie Comunicación paralelo Memoria de programa FLASH palabra 14 bits. Puertos E/S Longitud de la instrucción

Fuente: Propia

Para la elección del microcontrolador se tuvo en cuenta principalmente su tamaño (debido que el control del mando debe ser lo más pequeño posible) y su disponibilidad en el mercado; así que se determino que el mejor microcontrolador para este proyecto es el PIC16F873. El programa de este microcontrolador solo realiza la conversión A/D de la señal dada por el sensor y luego la trasmite al vehículo. El programa se muestra en el Anexo B. En la figura 35 se muestra el encapsulado del PIC16F873 con sus pines, en la figura 36 se muestra el diagrama de bloques de los encapsulados de 28 pines.

57

Figura 36. Diagrama de bloques general de los PIC16F873 y PIC16F876.

Fuente: http://melabs.picbasic.com/devicedata/30292b.pdf

58

En la figura 37 se muestra la descripción de los pines de los PIC16F873 y 876. En el Anexo A se muestran las especificaciones del PIC16F873.

Figura 37. Descripción del Pinout del PIC16F873 y PIC16F876

Fuente: http://melabs.picbasic.com/devicedata/30292b.pdf

59

4.1.3 Transmisión.

En esta parte del proyecto, se decidirá qué tipo de

comunicación se usara para la comunicación entre el control de mando y el vehículo. También se mostrara el dispositivo que se usara para este propósito con algunas de sus características.

4.1.3.1 Tipos de comunicación.

Aquí se mostraran generalidades de los

diferentes dispositivos de comunicación que existen en el mercado.

Existen principalmente dos tipos de comunicación: Alámbrica e inalámbrica. La primera se basa en el contacto directo entre los dos puntos a comunicar, por medio de un cable, que puede ser coaxial, fibra óptica, etc. Este tipo de comunicación limita la posibilidad de desplazamiento si el uso que se desea dar tiene que ver con movilidad, como es el caso en esta aplicación, aunque una gran ventaja que posee este tipo de comunicación es su confiabilidad, ya que es más difícil que la señal se interrumpa o se atenué entre estos dos dispositivos.

El otro tipo de comunicación es la inalámbrica, que a diferencia del alámbrico, los dos puntos a comunicar no necesitan estar conectados físicamente ya que se usan ondas electromagnéticas que se propagan en el espacio. Este tipo de comunicación permite mayor movilidad y distancia entre los puntos que se desean comunicar, su costo es mucho más bajo. A pesar de sus ventajas, una gran desventaja que posee la comunicación inalámbrica, es la interf erencia que pueden causar varios factores tales como el clima, los edificios, etc.

En la tabla 9 se muestra un cuadro comparativo entre los dos tipos de comunicación, en donde se muestran algunas de sus ventajas y desventajas.

60

Tabla 9. Tipos de comunicación Canal

Ventajas • Baja posibilidad de error

Desventajas • Cables que pueden obstruir el desplazamiento del vehículo. • Poca maniobrabilidad para el vehículo.

Alámbrico

• Necesita de repetidores para aumentar la distancia de comunicación. • Necesidad de manteniendo por posibles fracturas de cableado. • Gran maniobrabilidad del vehículo. Inalámbrico

• Ofrece una distancia suficiente para la seguridad del operario.

• Mayor probabilidad de error. • Retrasos en la recepción de la comunicación. • El canal es vulnerable a interrupciones.

Fuente: Propia

Se decidió que el tipo de comunicación que mejor se acomoda a las necesidades y finalidad del proyecto es la comunicación inalámbrica, ya que permite mayor movilidad tanto del vehículo como del control de mando y su costo es bajo en comparación al alámbrico.

4.1.3.2 Comunicación Inalámbrica.

Después de haber escogido el tipo de

comunicación, a continuación se mostraran los tipos de comunicación inalámbrica que existen. En el mercado se pueden encontrar varios tipos de comunicación inalámbrica entre los cuales podemos destacar: infrarrojo, Bluetooth, WI-FI y RF.

61

Estos están categorizados, según Jordi Mayneen 22 en su publicación, en los que tiene un protocolo estándar y los que no. Entre los que poseen un protocolo estándar encontramos entre otros el WI-FI y el Bluetooth, y entre los que no tiene un protocolo estándar encontramos el infrarrojo y el RF.

Ya que los que no poseen un protocolo estándar son más sencillos de usar que los que poseen, se decidió usar este tipo de comunicación ya que el uso que se le dará es muy sencillo y no necesita protocolos complicados.  Infrarrojos. Este dispositivo es muy limitado en distancia y siempre tiene que haber una línea de vista entre los puntos de comunicación (ver figura 38).

Figura 38. Comunicación por infrarrojo.

Fuente: http://tec.upc.es/com/EstadoActual_WirelessRF_SILICA.pdf

 Radio Frecuencia (RF). Este sistema permite una comunicación de corto y mediano alcance y puede atravesar algunas paredes.

La comunicación RF

funciona con ondas electromagnéticas que son emitidas desde una fuente y recibidas en otro punto por un receptor. Estas ondas electromagnéticas viajan por el aire aproximadamente a la velocidad de la luz.

22

MAYNE, Jordi. En: L’Electronica [en línea]. http://tec.upc.es/com/EstadoActual_WirelessRF_SILICA.pdf>.

62

Disponible

en

Web:

<

La frecuencia se mide en hercios o ciclos por segundo y las frecuencias de radio se miden en KHz, MHz y GHz.

En la tabla 10 se muestra una tabla comparativa entre los dos tipos de comunicación inalámbrica sin protocolo estándar establecido.

Tabla 10. Características de los dos tipos de comunicación inalámbrica sin protocolo Características

IrDA

RF

(infrarrojo) Alcance

1 metro

50-100 metros

(direccional) Sensibilidad de recepción

(óptica)

-114dbm

Velocidad de transmisión

Hasta 115.2 Kbps

Hasta 115.2 Kbps

Banda de frecuencia

902 a 928 Mhz y 2.4 980 nm luz

Ghz

Línea de vista únicamente,

Limitada capacidad en el

no multipunto

soporte de redes

Desventajas

simultaneas

Bajo precio, alta velocidad

Largas distancias, bajos precios, bajas energía, desarrollo en sistemas de redes de seguridad.

Ventajas Fuente: propia

4.1.3.3 Elección del dispositivo de trasmisión. En la tabla 11 se mostraran algunos dispositivos existentes en el mercado con sus correspondientes características. 63

Tabla 11. Características de diferentes transmisores. Modelo

Fabricante

Frecuencia

Voltaje

Velocidad

Potencia de salida

TLP315A

LAIPAC TECH

315MHz

3-12V

8Kbps

8.8 dBm

TLP418A

LAIPAC TECH

418MHz

3-12V

8Kbps

8.8 dBm

TLP434A

LAIPAC TECH

433.92MHz

3-12V

8Kbps

8.8 dBm

TRF4400

TEXAS

450MHz

2.2-3.6V

7 dBm

950MHz

2.2-3.6V

7 dBm

928MHz

2.2-3.6V

8 dBm

INSTRUMENTS TRF4900

TEXAS INSTRUMENTS

TRF4903

TEXAS INSTRUMENTS

Fuente: Propia

El dispositivo de transmisión (figura 39) que se eligió para la comunicación del control de mando y el vehículo es el TLP434A. Este dispositivo se acomoda a la necesidad del proyecto, tienen un alcance aproximado de 50 a 100 metros en campo abierto, en la hoja de datos (datasheet) del TLP343A 23 que se encuentra en el Anexo A se pueden apreciar las especificaciones de este dispositivo.

Figura 39. TLP 434A Transmisor

Fuente: http://www.sigmaelectronica.net/tlp434a-pi-670.html 23

TLP434A. En: LAIPAC TECH [en línea]. . 64

Disponible

en

Web:

El dispositivo transmisor tiene de cuatro pines; de izquierda a derecha el primer pin correspondiente a GND, el siguiente es el pin de datos por donde ingresa la señal que será transmitida, el tercer pin corresponde a Vcc, y por último está el pin ANT correspondiente a la antena.

Este dispositivo usa modulación ASK (Amplitude-shift keying), modulación por desplazamiento de amplitud. Esta modulación representa los datos digitales como una variación de la amplitud de la onda portadora. En la señal modulada, el valor lógico 0 es representado por la ausencia de una portadora y el valor lógico 1 es representada por una portadora con amplitud constante, es decir, para la señal moduladora vale 1 para un 1 binario y 0 para un cero binario. En la figura 40, se muestra la modulación de un mensaje con ASK.

Figura 40. Modulación ASK.

Fuente: http://www.textoscientificos.com/redes/modulacion/ask

65

En la figura 41 se muestra el circuito recomendado por el fabricante para la utilización del módulo RF TLP 434A.

Figura 41. Circuito para conexión TLP434A.

Fuente: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/37/467327_DS.pdf (Anexo A)

Según el fabricante es recomendable usar el codificador HT12E (Anexo A) que se usa para la conexión con el módulo RF. Este dispositivo es usado para aplicaciones de control remoto; permite codificar la información que consta de N bits de dirección y 12-N bits de datos, esta información es transmitida junto a los bits de cabecera.

Este codificador tiene las siguientes características:

- Operación entre 2.4 y 12 V. - Tiene baja potencia y alta inmunidad a ruido. - Aplicaciones en sistemas de alarma, garajes, controles remotos, entre otros.

66

4.1.4 Circuito electrónico del control de mando. El acelerómetro MMA7260QT sensa el movimiento de la mano con respecto a la gravedad de tierra en los ejes x y y. Donde x representa el movimiento hacia adelante o hacia atrás y y representa el movimiento de derecha o izquierda. Este dispositivo envía la señal al microcontrolador PIC16F873A en donde se hace la conversión A/D. Del microcontrolador sale la información digitalizada, hacia el codificador HT12-E donde es modulada (ASK), antes de ser enviada al transmisor TLP434A. La información enviada por el sensor se envía a una LCD para su visualización.

El componente LM317 es empleado para la regulación y reducción del voltaje de alimentación de los circuitos integrados, puesto que el microcontrolador trabaja a 5 V y el acelerómetro a 3.3 V.

Figura 42. Diagrama del circuito del control remoto.

Fuente: Propia

67

En la figura 43 se muestra el diagrama de flujo del programa que se utilizo en el microcontrolador para la transmisión. En este se puede ver la configuración de cada una de las aplicaciones utilizadas en el microcontrolador como por ejemplo: La configuración de los puertos de salida, entrada y A/D, se inicializa la transmisión por RF, luego se esto se inicializa la LCD, luego de esto se toma la señal que sale del acelerómetro y se inicializan las variables, se lee la posición y datos de los ejes x y y, se inicializa la conversión A/D, se procesa la información proporcionada por los ejes y se compara con el dato del offset, si el dato es mayor se le da una dirección positiva (izquierda o hacia adelante) si no es mayor es comparada con la menor, si es menor se le da una dirección negativa (derecha o atrás). Y por último se realiza la transmisión y se visualiza la información en la LCD.

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Figura 43. Diagrama de flujo del programa del microcontrolador para la transmisión.

Fuente: Propia

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4.2 VEHÍCULO Esta es la segunda etapa del proyecto, en este parte se muestra el vehículo que será controlado por el acelerómetro. Esta segunda etapa se divide en 3 partes:

1. Etapa de recepción de la señal enviada desde el control de mando. En esta etapa se demodula la señal que llega del control de mando y que utilizo modulación ASK. 2. La etapa de control en donde se determina la acción de los actuadores dependiendo de la señal recibida desde el control y donde se hace la conversión D/A. 3. Los actuadores, que en este caso son motores, los cuales moverán el vehículo.

En la figura 44 se muestra el diagrama de flujo del vehículo.

Figura 44. Diagrama de flujo de los componentes instalados en el vehículo.

Recepción

Control y Conversión D/A

Actuadores

Fuente: Propia

El receptor toma la señal enviada desde el control de mando, demodulandola y llevándola al microcontrolador, en donde se realiza el control de los actuadores y la conversión D/A. la salida del microcontrolador es enviada a los actuadores (motores), logrando así el movimiento del vehículo.

4.2.1 Recepción.

Para la parte de recepción de la señal en el vehículo se

determino que la mejor opción es usar un receptor del mismo fabricante del 70

transmisor y utilizando la misma frecuencia. LAIPAC TECH ofrece dos opciones para recepción de la señal emitida por el transmisor TLP434A: el RLP343 y el RPL343A. Estos dos dispositivos trabajan a una frecuencia de 433.92MHz. El receptor RLP343A tiene gran inmunidad contra ruido y es mucho más costoso que el RLP343. Por ello se estableció que se usara el receptor RLP343, ya que cumple con especificaciones mínimas requeridas para la recepción de la señal enviada desde el trasmisor. Según la hoja de datos (datasheet) del RLP43424 (ver figura 45), este dispositivo de recepción consta de 8 pines, de izquierda a derecha, el primero es GND, el segundo es la salida digital, el siguiente es otra salida, el cuarto y quinto son VCC, los dos siguientes (6 y 7) son GND y el octavo pin es ANT (antena).

Figura 45. RLP 434 Receptor

Fuente: http://www.sigmaelectronica.net/rlp434-p-667.html

En esta parte se hace la demodulación de la señal recibida desde el control de mando, donde se toma la señal modulada con ASK. En donde se toma como 1 la presencia de una señal de amplitud y frecuencia constante, y se toma como 0 la ausencia de alguna señal.

24

RLP434. En: LAIPAC TECH [en línea]. . 71

Disponible

en

Web:

Según el fabricante, es recomendado usar en el circuito un decodificador HT12D (Anexo A). Se realiza tres veces continuas una comparación de las direcciones entregadas con sus direcciones locales, si se comprueba que no hay errores, la información pasa a los pines de salida. En la figura 46 se puede observar una aplicación de este receptor. En este se usa un microcontrolador de 8 bits, para una determinada aplicación y se puede ver el decodificador H12D. Figura 46. Circuito de aplicación del RLP343.

Fuente: http://www.datasheetcatalog.org/datasheets/37/467327_DS.pdf (Anexo A).

4.2.2 Control. En esta etapa del proyecto se muestra el uso que se le da al microcontrolador, ya que no solo es el encargado de la conversión Digital-Análogo de la señal, sino que también se encargara de realizar la etapa de control de los actuadores.

El microcontrolador seleccionado para esta parte del proyecto, al igual que el microcontrolador seleccionado para el control de mando es el PIC16F873A. Las indicaciones y características de este dispositivo fueron presentadas en numeral Se seleccionó el mismo microcontrolador debido a que en esta etapa también es 72

importante el tamaño, ya que el vehículo que se va a manejar no tiene mucho espacio para ubicar todos los componentes necesarios en esta etapa. También se selecciono, ya que se tiene más familiaridad con el PIC. El programa que ejecuta este microcontrolador se muestra en el Anexo B.

4.2.3 Actuadores.

Para mover el vehículo se utilizaron motores de corriente

continua, controlado mediante uno de los módulos que ofrece el microcontrolador que es la modulación de ancho de pulso (PWM) con ayuda de un sistema llamado puente H y optoacopladores.

 Motores DC. Los motores DC (Direct Current, convierten la energía eléctrica en mecánica, usando el movimiento rotatorio principalmente. Estos motores tiene como principal característica la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Dos piezas fundamentales componen este tipo de motor: 

Rotor: esta es la parte móvil del motor, es el que proporciona el torque para

mover a la carga. Esta formado por, un eje que lo constituye una barra de acero. Un núcleo que esta ubicado sobre el eje, formado por laminas de hacer y su función es la de suministrar un trayecto magnético entre los polos para que circulo el flujo magnético del devanado; el núcleo laminado tiene ranuras por toda su superficie para contener el bobinado. Devanado, que consta de bobinas aisladas entre si, están alojadas en las ranuras y están conectadas de forma eléctrica con el colector. Colector, esta formado por laminas de material conductor separadas entre si y del centro del eje por un aislante, esta ubicado sobre uno de los extremos del eje del rotor y de ese modo gira con este logrando así contacto con las bobinas; su función es la de recoger la tensión que se produce por el devanado inducido y luego transmitiéndola al circuito promedio de las escobillas. En la figura 47 se muestra los componentes del rotor.

73

Figura 47. Rotor

Fuente: http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.pdf



Estator: tiene como función suministrar el flujo magnético que será usado por

el bobinado del rotor para realizar el movimiento giratorio. Esta formado por un armazón que tiene como función servir como soporte y suministrar una trayectoria de retorno al flujo magnético del rotor y del imán permanente, y así completar el circuito magnético. También esta formado por un imán permanente que tiene como función otorgar un campo magnético uniforme al devanado del rotor, logrando así que interactué con el campo formado por el bobinado y originando así el movimiento del rotor como respuesta de la interacción de estos campo. En la figura 48 se ve los componentes del estator. Figura 48. Estator.

Fuente: http://www.todorobot.com.ar/documentos/dc-motor.pdf

74

El funcionamiento básico del motor DC se basa en la ley de Lorentz , que dice que cuando un conductor pasa por una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha. En la figura 49, se muestra el funcionamiento básico del motor DC.

Figura 49. Componentes del motor DC.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

En la figura 50 se muestra como se realiza el movimiento del motor, de acuerdo a los campos que interactúan dentro de el.

75

Figura 50. Movimiento de un motor DC.

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua

 PWM: Para la modulación de ancho de pulso (figura 51) será necesario capturar las revoluciones del motor para así poder mantener la velocidad constante, la principal función del PWM es poder manejar la velocidad del motor según la necesidad del usuario esto lo realiza con un tratamiento que se le hace a una señal cuadrada para variarle su frecuencia y por ende se varia la velocidad del motor puesto que si la variación se realiza por pulso no muy frecuentes el

76

movimiento del motor se podrá ver como si fuera por pasos, esto quiere decir que el motor generará movimiento cada vez que llegue un pulso.

El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en relación con el período. Expresado matemáticamente:

D= Es el ciclo de trabajo τ= Es el tiempo en que la función es positiva (ancho del pulso) T= Es el período de la función

Figura 51. Modulación de ancho de pulso PWM

Fuente: http://www.dtic.upf.edu/~jlozano/interfaces/PWM.gif

 Puente H: Es un circuito electrónico que permite al motor DC girar en ambos sentidos (adelante y atrás). Esta constituido con 4 interruptores, que pueden ser mecánicos o mediante transistores. En la figura 52 se muestra un puente H para 77

un control del motor, si los transistores Q2 y Q5 están cerrados y los Q4 y Q3 abiertos, se aplica una tensión positiva en el motor, haciendo que gire en un sentido. Abriendo los Q4 y Q3, y cerrando los Q2 y Q, el voltaje se invierte, haciendo que el motor gire en sentido contrario.

Figura 52. Puente H de control de motor.

Fuente: http://www.globu.net/pp/ES/circuito_puente.JPG

4.2.4 Circuito Electrónico del vehículo. En la figura 54 se muestra el circuido de recepción que está ubicado en el vehículo. El receptor RLP434 recibe la señal que se transmitió desde el control de mando y la demodula, luego se pasa al decodificador HT12-D. de la salida del decodificador pasa al microcontrolador en donde se hace la conversión D/A para poder controlar los motores.

78

Figura 53. Diagrama circuital del vehículo (Microcontrolador, decodificador y receptor).

Fuente: Propia

En la figura 54 se muestra el circuito de adecuación para los motores en donde encontramos el puente H que es el encargado de controlar la rotación del motor (adelante o atrás), los optoacopladores que sirven para filtrar el ruido.

79

Figura 54. Diagrama circuital del vehículo (Puente H, optoacopladores y motor)

Fuente: Propia

80

En la figura 55 se muestra el diagrama de flujo del programa del microcontrolador para la recepción en donde encontramos la recepción, la configuración de los puertos y el movimiento de los motores. Inicialmente se configuran los puertos que se usaran, luego se pone en cero “0” la salida hacia los motores para que estos estén apagados. Si llega algún dato este pasa a ser comparado con el dato uno “1” (x=y=0) si es igual al dato “1” se apagan los motores de lo contrario pasa a comparar con el dato dos “2” (x>0, y=0) si es igual entonces el motor 1 va hacia adelante y el motor 2 está apagado; si no es igual al dato “2” pasa a comparar con el dato tres “3” (x0) si es igual el motor 1 está apagado y el motor 2 va hacia la izquierda. Si la comparación no es cierta esta se compara con el dato cinco “5” (x=0, y0, y>0) si es igual el motor 1 va hacia adelante y el motor 2 va hacia la izquierda. Si esta comparación no es cierta se compara con el dato siete “7” (x>0, y

RLP434.

En:

LAIPAC

TECH

[en

línea].

Disponible

en

Web:

Disponible

en

Web:

.

TLP434A.

En:

LAIPAC

TECH

[en

línea].

.

VALDÉS, Fernando y PALLAS, Ramón. Componentes de un microcontrolador. En: Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. España. 2007. P. 14-24. 90

VALDÉS,

Fernando

y

PALLAS,

Ramón.

Microcontroladores

PIC.

En:

Microcontroladores: fundamentos y aplicaciones con PIC. España. 2007. P. 29-51

Vehículos teleoperados. En: Sistemas de percepción y control [en línea]. España. Disponible en Web: < http://www.s-pc.com/productos_vehiculos.html>.

±1.5g - 6g Three Axis Low-g Micromachined Accelerometer. En: Freescale [en linea]. Disponible en Web:

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ANEXO A

Especificaciones técnicas de los dispositivos.

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ANEXO B LÍNEAS DE CÓDIGO

Línea de código del transmisor

#include #include #include #include #include #include void main() { unsigned int16 lectura; unsigned int16 res; unsigned char s[16]; unsigned char c; // Activar conversor ad setup_adc_ports(AN0_AN1_AN3); setup_adc(ADC_CLOCK_INTERNAL); // Desactivar modulo SPI setup_spi(SPI_SS_DISABLED); // Desactivar temporizadores setup_timer_0(RTCC_INTERNAL|RTCC_DIV_1); 123

setup_timer_1(T1_DISABLED); setup_timer_2(T2_DISABLED,0,1);

// Desactivar modulo comparador setup_comparator(NC_NC_NC_NC); // Desactivar modulo VRef setup_vref(FALSE); // Configurar puertos set_tris_a(0x0B); set_tris_b(0x00); set_tris_c(0x00); output_a(0x00); output_b(0x00); output_c(0x00); // Inicializar dispositivos RF_init(); LCD_init(); // Retardo inicial delay_ms(1000); // strcpy(s, " SETUP "); LCD_write(0x80, s); strcpy(s, " EJE X "); LCD_write(0xC0, s); 124

// Leer valor X0 delay_ms(500); set_adc_channel(0); delay_us(20); x0 = read_adc(); delay_ms(1000); // strcpy(s, " SETUP "); LCD_write(0x80, s); strcpy(s, " EJE Y "); LCD_write(0xC0, s); // Leer valor Y0 delay_ms(500); set_adc_channel(1); delay_us(20); y0 = read_adc(); delay_ms(1000); // strcpy(s, "X:

");

LCD_write(0x80, s); strcpy(s, "Y:

");

LCD_write(0xC0, s); // ciclo de trabajo c = 0; 125

antes_x = 0; antes_y = 0; dir_x = POSITIVO; dir_y = POSITIVO; dantes_x = dir_x; dantes_y = dir_y; while(TRUE) { /* c++; if(c > 15) c = 1; Transmitir(c); */ // Leer señal X strcpy(s, "

");

LCD_write(0x80 + 3, s); set_adc_channel(0); delay_us(20); lectura = read_adc(); res = Procesar(lectura, EJE_X); sprintf(s, "%Lu", res); LCD_write(0x80 + 3, s); if(dir_x == NEGATIVO) 126

strcpy(s, "-"); else strcpy(s, "+"); LCD_write(0x80 + 2, s); delay_ms(400); // Leer señal Y strcpy(s, "

");

LCD_write(0xC0 + 3, s); set_adc_channel(1); delay_us(20); lectura = read_adc(); res = Procesar(lectura, EJE_Y); sprintf(s, "%Lu", res); LCD_write(0xC0 + 3, s); if(dir_y == NEGATIVO) strcpy(s, "-"); else strcpy(s, "+"); LCD_write(0xC0 + 2, s); delay_ms(400); } // fin del programa } unsigned int16 Procesar(unsigned int16 v, unsigned char eje) 127

{ unsigned int16 vref; unsigned int16 vval; unsigned int16 offset; switch(eje) { case EJE_X: { vref = x0; break; } case EJE_Y: { vref = y0; break; } } vval = v; offset = 0; // if(vval > vref) { dir = 0; vval = vval - offset; vval = vval - vref; } else if(vval < vref) { dir = 1; vval = vval + offset; vval = vref - vval; } 128

else vval = 0;

// resolucion de 6g = 200 mV/g

if(eje == EJE_X) { vval = CalcularX(vval); // parar if(vval < 2) Transmitir(0x01); else { // aumenta la velocidad if(vval > antes_x) Transmitir(0x0A); // disminuye la velocidad else if(vval < antes_x) Transmitir(0x0B); // dirección if(dir == 0) { dir_x = POSITIVO; Transmitir(0x02); 129

} else { dir_x = NEGATIVO; Transmitir(0x03); } dantes_x = dir_x; } antes_x = vval; } else if(eje == EJE_Y) { vval = CalcularY(vval); if(vval > 0) { if(dir == 0) { dir_y = POSITIVO; Transmitir(0x04); } else { dir_y = NEGATIVO; Transmitir(0x05); 130

} } antes_y = vval; dantes_y = dir_y; } return vval; } float Voltaje(unsigned int16 v) { float valor; valor = v * 5000.0; valor = valor / 1024; return valor; } void Transmitir(unsigned char data) { unsigned char i; for(i=0; i 1) { cont_tmr0 = 0; if(rapidez > 0) { switch(pwm_state) { case PWM_LOW: { cont_pwm--; if(cont_pwm == 0) { pwm_state = PWM_HIGH; cont_pwm = pwm_hi; 135

if(state_motor_1 == MOTOR_AD) { output_high(M1_S1); output_low(M1_S2); } if(state_motor_1 == MOTOR_AT) { output_high(M1_S2); output_low(M1_S1); } } break; } case PWM_HIGH: { cont_pwm--; if(cont_pwm == 0) { pwm_state = PWM_LOW; cont_pwm = PWM_MAX - pwm_hi; output_low(M1_S1); output_low(M1_S2); } break; 136

} } } } if(cont_1 > 0) { cont_1--; if(cont_1 < 1) { cont_1 = 0; output_low(M2_S1); output_low(M2_S2); state_motor_2 = MOTOR_AD; } } if(cont_2 > 0) { cont_2--; if(cont_2 < 1) { cont_2 = 0; output_low(M2_S1); output_low(M2_S2); state_motor_2 = MOTOR_AT; 137

} } //clear_interrupt(INT_RTCC); #int_EXT // Llego transmisión void EXT_isr(void) { unsigned char c; c = input_c() & 0x0F; Procesar_RX(c); //output_b(c 1) { pwm_hi--; } break; } } break; } case MOTOR_2: { 148

break; } } } #device adc=10 #FUSES NOWDT, XT, PUT, NOPROTECT, NODEBUG, NOBROWNOUT, NOLVP, NOCPD, NOWRT #use delay(clock=4000000)

#use fast_io(A) #use fast_io(B) #use fast_io(C)

#byte porta=5 #byte portb=6 #byte portc=7

#define MOTOR_1 1 #define MOTOR_2 2

#define M1_S1 PIN_B7 #define M1_S2 PIN_B6 #define M2_S1 PIN_B5 #define M2_S2 PIN_B4

149

#define PWM_MAX 16 #define PWM_HIGH 1 #define PWM_LOW 2 #define PWM_OFF 0

#define MOTOR_OFF 0 #define MOTOR_AD 1 #define MOTOR_AT 2

unsigned char cont_tmr0; unsigned char pwm_hi; unsigned char cont_pwm; unsigned char rapidez; unsigned char pwm_state; unsigned char state_motor_1; unsigned char state_motor_2; unsigned char flag_m2; unsigned int16 cont_1; unsigned int16 cont_2;

void Iniciar_PWM(unsigned char motor); void Procesar_RX(unsigned char data); void Detener(unsigned char motor); 150

void Adelante(unsigned char motor); void Atras(unsigned char motor); void Velocidad(unsigned char motor, unsigned char data);

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ANEXO C TARJETAS Y MONTAJES

Diagrama del circuito impreso del control remoto

Tarjeta armada control remoto

152

Diagrama del circuito impreso del vehículo

153

Tarjeta armada vehículo (receptor).

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