UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE ZACATECAS

MÓDULO DIDÁCTICO INTERACTIVO DE LA REPÚBLICA MEXICANA Anahí Zuñiga Gaitán, Lauro Iván Arteaga Murillo

Tesis de Licenciatura presentada a la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica de acuerdo a los requerimientos de la Universidad para obtener el título de

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

Directores de tesis: Dr. en E. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles

UNIDAD ACADÉMICA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Zacatecas, Zac., 30 de enero del 2009

APROBACIÓN DE TEMA DE TESIS DE LICENCIATURA

Anahí Zuñiga Gaitán, Lauro Iván Arteaga Murillo PRESENTE De acuerdo a su solicitud de tema de Tesis de Licenciatura del Programa de Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica, con fecha 30 de junio del 2008, se acuerda asignarle el tema titulado: MÓDULO DIDÁCTICO INTERACTIVO DE LA REPÚBLICA MEXICANA Se nombran revisores de Tesis a los profesores Dr. en E. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles, notificándole a usted que dispone de un plazo máximo de seis meses, a partir de la presente fecha, para la conclusión del documento final debidamente revisado.

Atentamente Zacatecas, Zac., 30 de junio del 2008

Dr. José Ismael de la Rosa Vargas Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica

AUTORIZACIÓN DE IMPRESIÓN DE TESIS DE LICENCIATURA

Anahí Zuñiga Gaitán, Lauro Iván Arteaga Murillo PRESENTE La Dirección de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica le notifica a usted que la Comisión Revisora de su documento de Tesis de Licenciatura, integrada por los profesores Dr. en E. Rafael Villela Varela y M. en I. Aurelio Beltrán Telles, ha concluido la revisión del mismo y ha dado la aprobación para su respectiva presentación.

Por lo anterior, se le autoriza a usted la impresión definitiva de su documento de Tesis para la respectiva defensa en el Examen Profesional, a presentarse el 30 de enero del 2009

Atentamente Zacatecas, Zac., 1o. de diciembre del 2008

Dr. José Ismael de la Rosa Vargas Director de la Unidad Académica de Ingeniería Eléctrica

APROBACIÓN DE EXAMEN PROFESIONAL

Se aprueba por unanimidad el Examen Profesional de Anahí Zuñiga Gaitán, Lauro Iván Arteaga Murillo presentado el 30 de enero del 2009 para obtener el título de:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

Jurado: Presidente: Dr. en E. Rafael Villela Varela

Primer vocal:

M. en I. Aurelio Beltrán Telles

Segundo vocal:

...

Tercer vocal:

...

Cuarto vocal:

...

RESUMEN

En este trabajo de tesis se implemento un módulo interactivo de la república mexicana para ser utilizado en las escuelas, museos interactivos o módulos de información turística. Para la realización del módulo se utilizó el PLC S7-200 con CPU 214 de Siemens, el cual se combinó con circuitos multiplexores y demultiplexores con la finalidad de poder controlar un número mayor de dispositivos al hacer combinaciones con las entradas y salidas del PLC. La información sobre la República Mexicana que se maneja, se programó en una base de datos que utiliza el lenguaje JAVA. La cual se dividió en tres temas principales que son: recursos renovables, no renovables y recyclables, los cuales estás divididos en subtemas para facilitar el acceso de los usuarios a ésta. El módulo cuenta con tres paneles: el primero es un panel de control en donde se puede seleccionar uno de los tres temas principales por medio de interruptores: recursos renovables, no renovables y recyclables. Tiene información de los tres tópicos, los cuales se pueden subdividir en diferentes subtemas. Se utilizó un teclado matricial en el segundo panel para seleccionar algún subtema de los tópicos ya mencionados. Para el tercer panel se implemento un mapa de la república mexicana con sensores de toque en cada estado de la república para que el usuario tenga acceso a la información del estado seleccionado. Para tener acceso al panel de selección de subtema, por medio de un motor de pasos se despliega el teclado matricial, para que el usuario pueda oprimir algún interruptor del teclado. Posteriormente se eleva el panel con el mapa de la República Mexicana para que el usuario pueda tocar el sensor del estado y así tener información. El resultado obtenido es un módulo que presenta las características siguientes: fácil acceso, instrucciones sencillas para el manejo del módulo, información actualizada sobre los temas

v tratados, barato (a comparación de otros módulos educativos), robusto (ya que tiene vida de uso prolongada) y atractivo para el usuario. Finalmente se probó y se encontró que el funcionamiento es adecuado, que requiere poco mantenimiento por que no tiene mucho desgaste físico, está fabricado de materiales de fácil acceso y que por lo tanto es costeable.

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Agradecimientos Lauro Iván Agradezco primeramente a mis padres por apoyarme día a día en mi formación y desarrollo personal, ellos son el punto clave de mis logros. A mi hermano que siempre me apoya en las actividades que me sirven para una buena formación. Agradezco la colaboración del Dr. Rafael Villela por su disposición en el desarrollo del presente trabajo. Al M en I Aurelio Beltrán por su amable atención para la conclusión del presente proyecto. También al Dr. Eduardo Gonzales por las recomendaciones hechas. Agradezco la atención otorgada por la universidad por permitirme el uso de un espacio agradable y del equipo indispensable para poder iniciar y desarrollar este proyecto. Anahi Zuñiga A mis padres y hermanas por su apoyo incondicional, pues logran que día a día surja lo mejor de mí. A todas las personas que participaron e hicieron posible este proyecto, gracias por su apoyo y enseñanza. A mis amigos que siempre han estado ahí. “La posibilidad de realizar un sueño es lo que hace que la vida sea interesante”. Paulo Coelho

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Contenido General Pag. Resumen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lista de figuras . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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Lista de tablas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xv 1

2

Introducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.1 1.2 1.3

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2 5 6 6 6 7

Características y diseño del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

2.1

2.2

Antecedentes . . . . . . . . Justificación . . . . . . . . . Objetivos . . . . . . . . . . 1.3.1 Objetivos generales . 1.3.2 Objetivos específicos 1.3.3 Contenido . . . . . .

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Características . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.1 Facilidad de uso e instalación . . . . . . . . . . 2.1.2 Versatilidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.3 Calidad del entorno audiovisual . . . . . . . . . 2.1.4 Adecuada integración de medios . . . . . . . . . 2.1.5 Navegación e interacción . . . . . . . . . . . . . 2.1.6 Originalidad y uso de tecnología avanzada . . . . 2.1.7 Capacidad de motivación . . . . . . . . . . . . . 2.1.8 Adecuación a los usuarios y a su ritmo de trabajo 2.1.9 Potencialidad de los recursos didácticos . . . . . 2.1.10 Fomento de la iniciativa y el autoaprendizaje . . 2.1.11 Enfoque pedagógico actual . . . . . . . . . . . . 2.1.12 La documentación . . . . . . . . . . . . . . . . 2.1.13 Esfuerzo cognitivo . . . . . . . . . . . . . . . . Diseño . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.1 Diseño previo del módulo . . . . . . . . . . . . 2.2.2 Mejoras al módulo . . . . . . . . . . . . . . . . 2.2.3 Funcionamiento de los mecanismos del módulo .

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8 8 8 9 9 10 10 10 11 11 11 12 12 13 13 13 16 19

ix

Pag. 3

Diseño Electrónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 3.1

3.2

3.3

4

Motores de paso . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.1 Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.2 Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares 3.1.3 Referencia importante . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.1.4 Identificando los cables en Motores P-P Bipolares . . . . Motor de corriente continua . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.1 Principio de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.2 Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor . . . . 3.2.3 Número de escobillas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.4 Sentido de giro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.2.5 Bornes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . Diagramas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.1 Multiplexor/Demultiplexor 74LS138 . . . . . . . . . . 3.3.2 Buffer de ocho líneas 74LS244 . . . . . . . . . . . . . . 3.3.3 Flip Flop de ocho canales 74LS273 . . . . . . . . . . . 3.3.4 Compuerta OR 74LS32 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.5 Compuerta AND 74LS08 . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.6 Compuerta NOR 74LS02 . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.7 Oscilador NE555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.3.8 Amplificador Operacional LM324 . . . . . . . . . . . . 3.3.9 Transistores tipo NPN Tip31 y Tip 35 . . . . . . . . . . 3.3.10 Controlador de motor de pasos L297 . . . . . . . . . . . 3.3.11 Etapa de potencia para motores L298 . . . . . . . . . . 3.3.12 Descripción del sistema . . . . . . . . . . . . . . . . .

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21 22 24 25 26 26 27 28 28 28 29 29 32 33 33 33 34 34 34 35 35 35 36 36

Programación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 4.1

4.2 4.3

Java . . . . . . . . . . . . . . . . . 4.1.1 Requisitos . . . . . . . . . . 4.1.2 Visual Basic . . . . . . . . 4.1.3 C/C++ . . . . . . . . . . . . 4.1.4 Java . . . . . . . . . . . . . 4.1.5 ¿Porqué Java? . . . . . . . . 4.1.6 Requerimientos del sistema Programación en lenguaje Java . . . Programa para el PLC . . . . . . . . 4.3.1 Primer PLC . . . . . . . . . 4.3.2 Segundo PLC . . . . . . . .

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43 43 44 45 45 45 46 48 54 56 60

x

Pag. 5

Pruebas y Resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 5.1

Acabado final del módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

Conclusiones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Trabajo a futuro . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Apéndices Apéndice A: Apéndice B:

Hojas de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Manual del operador . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

Referencias . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

xi

Lista de figuras Figura

Pag.

1.1

Módulo interactivo de la parábola concentra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.2

Módulo interactivo que simula el vuelo de los insectos. . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.3

Módulo interactivo que muestra el comportamiento de la mente y el cerebro humanos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.4

México y sus estados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

1.5

Enciclomedia y sus elementos básicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

2.1

Diseño previo del módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

2.2

Diseño previo del módulo 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.3

Mejoras al módulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.4

Primer mecanismo (se implementó pero no funcionó) . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1

Motor de pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

3.2

Rotor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.3

Estator de 4 bobinas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.4

Fases de los diferentes tipos de motor de pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.5

Puente H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

3.6

Circuito del Puente H . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.7

Etapa de potencia para las fases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24

3.8

configuración de los motores de pasos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

xii

Figura 3.9

Pag.

Ley de Lorentz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27

3.10 Características del PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 3.11 Conexiones al PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 3.12 Sensor de Toque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 3.13 Fórmula . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 3.14 Multiplexor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 3.15 Etapa de Potencia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 3.16 Demultiplexor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 3.17 Circuito de secuencia y potencia para el motor de pasos . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.18 Conexiones para el motor de corriente directa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 3.19 Etapa de potencia para los focos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 4.1

Diagrama de flujo para la base de datos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

4.2

Sección del programa en Java . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49

4.3

Diagrama de flujo para los programas de PLCs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55

4.4

Tabla de símbolos del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56

4.5

Sección del programa en donde se leen los botones de los temas principales . . . . 57

4.6

Sección donde se programa el tiempo que se tarda en desplegar el teclado matricial 57

4.7

Sección de programa que activa las salidas para poder tener comunicación con el otro PLC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58

4.8

Sección en donde se programa el pliegue del teclado matricial . . . . . . . . . . . 58

4.9

Sección del programa donde se define el tiempo que se necesita para elevar el panel del mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59

4.10 Sección donde se programó el descenso del panel del mapa . . . . . . . . . . . . . 59

xiii

Figura

Pag.

4.11 Tabla de símbolos del programa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 4.12 Sección donde se activa el circuito donde se localizan los interruptores de los temas 61 4.13 Sección donde se activa el circuito donde se localiza el motor de pasos, motor de CD y etiquetas de temas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 4.14 Sección donde se activa el circuito donde se localizan los interruptores de los subtemas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 4.15 Sección donde se definen los tres timers para poder cambiar de circuito . . . . . . 64 4.16 Sección donde se define el cuarto timer y se leen el primero y el segundo circuito donde se localizan los sensores de toque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 4.17 Se leen el tercero y cuarto circuito donde se localizan los sensores de toque . . . . 65 5.1

Interruptores de los temas y pantalla de bienvenida . . . . . . . . . . . . . . . . . 68

5.2

Teclado matricial y subtema climas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.3

Panel del mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69

5.4

Climas de Zacatecas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

A.1

74LS138 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

A.2

74LS244 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75

A.3

74LS273 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76

A.4

74LS32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77

A.5

74LS08 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

A.6

74LS02 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79

A.7

NE555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80

A.8

LM324 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 81

A.9

Tip 31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

A.10 Tip 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83

xiv

Figura

Pag.

A.11 L297 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 A.12 L298 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 B.1

Panel del mapa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

B.2

PLC S7-200 CPU 214 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87

B.3

Placa que contiene los circuitos 74LS138 y 74LS244 . . . . . . . . . . . . . . . . 87

B.4

Placa que contiene uno de los circuitos LM324 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88

B.5

Placa que contiene los circuitos NE555, L297 y L298 . . . . . . . . . . . . . . . . 88

B.6

Placa que contiene los circuitos 74LS138 y 74LS273 . . . . . . . . . . . . . . . . 89

B.7

Panel del mapa sin el acrílico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

B.8

Placa que contiene el circuito NE555 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90

xv

Lista de tablas Tabla 3.1

Pag. Secuencia para motor bipolar . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

Capítulo 1

Introducción En la actualidad la educación a nivel internacional exige ir a la par de los avances tecnológicos, actualmente en México se ha dado un gran paso en el aspecto educación-tecnología con la implantación de software en planteles educativos a nivel nacional, por supuesto que esto no satisface las necesidades actuales del país, pero acerca a la población escolar a conocer y hacer uso, a través de estos programas, de una tecnología educativa. Como todas las innovaciones, ésta exige un pleno y total conocimiento para su mejor aprovechamiento. La tecnología que se implementa, no se fabrica en el país. El material utilizado en la fabricación es de muy alto costo, por lo cual, lo convierte en un objeto de difícil acceso. Además la necesidad de desarrollar aplicaciones informáticas que faciliten la realización de tareas a usuarios, se ha convertido en parte fundamental para diseñadores y desarrolladores, por tal motivo, el aumento y mejora de nuevas tecnologías evoluciona y se transforma al incluir una interfaz de usuario, que proporcione la comunicación entre el hombre y la computadora. Por tal motivo, se llama Interacción Humano - Computadora cuando se involucra tanto al programador como al usuario final en un diálogo en el que, como se mencionó, media una interfaz. Esta interfaz, que es el programa que permite interactuar con el usuario, se desarrolla pensando en las diferentes aplicaciones y sistemas que existen, en los temas que no son comunes y en las diferentes formas de transmitir las ideas que se pretende comunicar por medio del software. Identificando los factores que atraen a los diferentes tipos de usuarios y pensando

2 en la invención y la innovación, para poder relacionar varias disciplinas suponiendo realizar investigaciones desde la Psicología, la Informática, la Ingeniería, la Educación y las Comunicaciones. El presente proyecto tiene como finalidad implementar una nueva herramienta que está compuesta de dispositivos electrónicos tales como sensores, señalamientos visuales y auditivos. El software sirve para presentar los temas que se consideran principales como son: Riquezas Naturales y Culturales de Nuestro País. La difusión de éstos no sólo como información, sino también como forma de percepción hacia el cuidado de los recursos naturales, toma un papel importante al ser considerado como medio educativo con el cual se pretende implementar diferentes mecanismos como son: facilidad de manipulación, acceso a la información de manera práctica, que sea llamativo, divertido al momento de utilizarlo y además brindar al usuario una manera innovadora de aprendizaje.

1.1

Antecedentes

Existen diversas herramientas que ya han sido implementadas para el aprendizaje de diversos tipos de temas, éstas se basan en el conocimiento empírico y por medio del uso de los sentidos pueden enseñar algún tema. Dentro de las herramientas disponibles para facilitar el aprendizaje encontramos los módulos interactivos, así como también software especializado en educación básica. Los módulos los encontramos dentro de museos interactivos y el software "Enciclomedia" dentro de las instituciones educativas. Algunas de las exhibiciones que se encuentran en los museos son: La parábola concentra Con el módulo el visitante comprueba mediante un haz de luz láser que los espejos en forma de parábola concentran el haz en un punto[1]. Por medio de una manija el usuario puede desplazar el haz de luz laser. Esto se puede ver en la figura 1.1.

3

Figura 1.1 Módulo interactivo de la parábola concentra.

El vuelo de los insectos En este módulo el visitante acciona una manivela y observa los movimientos del ala de una mosca [2], ilustrando de está manera el vuelo de diferentes insectos que cuentan con alas. La construcción y forma del módulo se pueden ver en la figura 1.2.

Figura 1.2 Módulo interactivo que simula el vuelo de los insectos.

4 Mente y cerebro Esta exposición intenta develarnos los misterios del cerebro, el órgano más complejo y desconocido del ser humano. Está compuesta por dos círculos, uno dentro del otro[3]. Como se muestra en la figura 1.3.

Figura 1.3 Módulo interactivo que muestra el comportamiento de la mente y el cerebro humanos.

Una entretenida animación enseña cómo ocurre el potencial de acción y la sinapsis elementos básicos en la dinámica de las redes neuronales; otra animación nos muestra los efectos de drogas como el alcohol y la cocaína; un microscopio nos permite descubrir de qué están hechos el cerebro, el cerebelo y la médula espinal, paneles interactivos nos adentran en el funcionamiento de distintas partes del sistema nervioso. México y sus estados En esta exhibición se puede observar que los usuarios pueden manipular cada uno de los estados que contiene la república mexicana para colocarlos de tal manera que se forme el mapa de México[4]. Podemos observar lo anterior en la figura 1.4.

Figura 1.4 México y sus estados

Con respecto al software disponible se encuentra: Enciclomedia constituye la edición digital de los Libros de Texto Gratuitos de la Secretaría de Educación Pública (SEP). Su característica principal es que ha vinculado las lecciones

5 de los libros con los que año con año trabajan niños y maestros en todo el país, diversos recursos didácticos como imágenes fijas y en movimiento, interactivos, audio, videos, R entre otros mapas, visitas virtuales, recursos de la enciclopedia Microsoft Encarta ,

más [5]. Las diferentes partes y sus elementos básicos que conforman Enciclomedia se muestran en la figura 1.5.

Figura 1.5 Enciclomedia y sus elementos básicos

1.2

Justificación

Los módulos que se manejan en los museos interactivos están enfocados principalmente a temas científicos, esto los limita mucho, ya que no todo el conocimiento es científico. Muchos de estos se controlan por medio de un PLC, pero a diferencia de otras muchas aplicaciones con las cuales cuenta el dispositivo, el aprovechamiento de éste no es utilizado al máximo, es por lo cual se diseñó una aplicación completa de aprovechamiento. En el mercado existen diferentes productos multimedia y software especializados en la educación que tienen muchas restricciones en el manejo, si bien el sistema computacional desarrollado forma parte de estos, tiene características diferentes por ser una aplicación que

6 forma parte de un módulo interactivo controlado electrónicamente, de tal manera que, a parte del teclado y el ratón, cuenta con posibilidades de comunicación con dispositivos electrónicos manejados por interruptores, sensores, etc. Es un proyecto que permite auxiliar a niños, jóvenes y adultos que quieran conocer más sobre las riquezas naturales y culturales en la república Mexicana. Se puede exponer el módulo completo en lugares donde cualquier persona pueda acceder a él, sea una escuela, museo, etc. gracias a que se construyo con materiales ligeros y económicos que permiten su fácil manejo.

1.3 1.3.1

Objetivos Objetivos generales

Diseñar un módulo interactivo de la república mexicana controlado por un PLC que tenga además un software por medio del cual se presenta la información acerca de las riquezas naturales y sociales de México.

1.3.2

Objetivos específicos

• Se contara de tres temas principales los cuales podrán ser seleccionados por medio de interruptores. • Configurar un teclado matricial para poder hacer selección de subtemas sobre el tema previamente escogido. • Implementar sensores de toque para mostrar en pantalla la información del estado seleccionado. • Tener movimiento de paneles auxiliándose de diferentes tipos de motores. • Implementar diferentes tipos de mecanismos que sean atractivos al momento de hacer uso del módulo. • Desplegar en pantalla los temas que brinden a las personas una información clara por medio de imágenes y sonidos.

7 • Diseñar en el lenguaje de programación de JAVA un sistema computacional orientado a la interacción del usuario por medio de circuitos electrónicos. • Diseño y elaboración de la circuitería electrónica necesaria . • Llevar a la práctica los conocimientos adquiridos durante la carrera.

1.3.3

Contenido

En el primer capítulo se habla sobre algunos de los módulos interactivos que existen en museos interactivos, así como también, softwares computacionales que tienen como finalidad el aprendizaje de algún tema específico. En el segundo capítulo se presentan las características con las que cuenta el módulo interactivo que se implementó y los factores que se tomaron en cuenta para el diseño de dicho módulo. El tercer capítulo se compone de diagramas, configuraciones, circuitos, funcionamiento y conexiones de los componentes electrónicos. El cuarto capítulo se compone de las herramientas necesarias para poder programar una base de datos que sea útil para el módulo interactivo y se describe el diagrama para poder programar el dispositivo de control (PLC) para el buen funcionamiento de los circuitos electrónicos. Por ultimo se presentan las conclusiones a las que se llegaron después de hacer un módulo que requiere de la electrónica tanto de la computación para su buen funcionamiento.

Capítulo 2

Características y diseño del sistema 2.1

Características

2.1.1

Facilidad de uso e instalación

Para que el módulo pueda ser realmente utilizado por la mayoría de las personas es necesario que sea agradable y fácil de usar, de manera que los usuarios lo puedan utilizar sin tener que consultar un manual. Lo referente al software, en cada momento el usuario podrá visualizar en que etapa del programa se encuentra, contando con señalamientos e instrucciones para que pueda hacer uso correcto del software. También la instalación del programa en la computadora debe ser rápida y sencilla. En cuanto a la parte física del módulo, esta divido en paneles para su fácil traslado y ensamblado. Cada panel esta diseñado para que el usuario pueda acceder con facilidad a él.

2.1.2

Versatilidad

Otra característica es que sean integrales con otros medios didácticos, pudiéndose adaptar a diferentes entornos, estrategias didácticas y sobre todo a los diferentes usuarios debido a las circunstancias culturales y las necesidades informativas. Para lograr esta versatilidad conviene que puedan adaptarse a los distintos contextos. Por ejemplo: • Que sean programables, permitiendo la modificación de algunos parámetros: grado de dificultad, tiempo para las respuestas, número de usuarios simultáneos, idioma, etc.

9 • Que sean abiertos, accediendo a la modificación de los contenidos de las bases de datos. • Que promuevan el uso de otros materiales (fichas, diccionarios, etc.) y la realización de actividades complementarias (individuales y en grupo).

2.1.3

Calidad del entorno audiovisual

El atractivo del sistema depende en gran parte de su entorno comunicativo y explícito, algunos de los aspectos que deben cuidarse son: • Software Diseño general de la pantalla Claro y atractivo, sin exceso de texto y que resalte a simple vista los hechos notables. Calidad técnica y estética en sus elementos Títulos, menús ventanas, espacios entre texto o imágenes, barras de estado, fondo, elementos multimedia (gráficos, fotografías, animaciones, videos), estilo y lenguaje (tipografía, color, composición, etc.) • Diseño físico Paneles El mapa, interruptores, teclado, están ubicados estratégicamente para fácil acceso. Calidad, estética y funcionalidad en sus elementos Colores, formas, figuras, iluminación, movimiento

2.1.4

Adecuada integración de medios

Sin sobrecargar el funcionamiento del módulo. Hay que tomar en cuenta que la información que se presenta en pantalla es correcta y actual diferenciando adecuadamente los datos, objetivos, opiniones y elementos fantásticos; que los textos no contengan faltas de ortografía y la construcción de las frases sea correcta y que no haya discriminación, que los mensajes y contenidos no sean negativos ni tendenciosos y no hagan discriminación por razón de sexo,

10 raza, clase social, religión, creencias, etc. No saturar el módulo con un número elevado de paneles ya que afectaría el uso e interacción del mismo.

2.1.5

Navegación e interacción

Conviene tener en cuenta los siguientes aspectos: Mapa de navegación Buena estructuración del programa que permita acceder bien a los contenidos, actividades y presentaciones en general; para lograr lo anterior los interruptores están ubicados de tal manera que se pueda hacer uso de ellos en el momento oportuno. Sistema de navegación Entorno secuencial que permite al usuario acceder a un panel a la vez. • Que la velocidad entre el usuario y el sistema (como animaciones, lectura de datos, interruptores etc.) resulte adecuada. • El análisis de respuestas, tomando en cuenta la estimación del tiempo • La ejecución del programa sea fiable, sin tener errores de funcionamiento y detectar la ausencia de los periféricos necesarios.

2.1.6

Originalidad y uso de tecnología avanzada

Resulta también deseable que el sistema presente entornos originales, bien diferenciados de otros materiales didácticos de manera que el módulo se utilice para favorecer la asociación de ideas y la creatividad, permita la práctica de nuevas técnicas, reduzca el tiempo y el esfuerzo necesarios para aprender y facilitar el aprendizaje más completo y significativo. La inversión económica, intelectual y metodológica que supone elaborar un módulo educativo sólo se justifica si se mejora lo que ya existe.

2.1.7

Capacidad de motivación

Para que se cumpla con los objetivos de aprendizaje es necesario que el contenido sea significativo para el usuario, relacionando los nuevos contenidos con el conocimiento almacenado

11 en sus esquemas mentales. Así las actividades que presenta el módulo deben despertar y mantener la curiosidad y el interés de los usuarios hacia la temática de su contenido, sin provocar ansiedad.

2.1.8

Adecuación a los usuarios y a su ritmo de trabajo

El diseño del módulo tiene en cuenta las características iniciales de los usuarios a los que van dirigidos (desarrollo cognitivo, capacidades, intereses, necesidades, etc.) y los progresos que vayan realizando.

2.1.9

Potencialidad de los recursos didácticos

Los buenos programas multimedia utilizan potentes recursos didácticos para facilitar el aprendizaje de los usuarios. Entre estos recursos se pueden destacar: • Proponer diversos tipos de actividades que permitan diversas formas de utilización y de acercamiento al conocimiento. • Utilizar organizadores previos al introducir los temas, síntesis, resúmenes y esquemas. • Emplear diversos códigos comunicativos: usar códigos verbales (su construcción es convencional y requieren un gran esfuerzo de abstracción) y códigos icónicos (que muestran representaciones más intuitivas y cercanas a la realidad) • Incluir preguntas para orientar la relación de los nuevos conocimientos con los conocimientos anteriores.

2.1.10

Fomento de la iniciativa y el autoaprendizaje

Las actividades que presenta el módulo educativo debe potenciar el desarrollo de iniciativa y el aprendizaje autónomo de los usuarios, proporcionando herramientas cognitivas para que los usuarios hagan el máximo uso de su potencial de aprendizaje, puedan decidir las tareas a realizar, la forma de llevarlas a cabo, el nivel de profundidad de los temas y puedan auto controlar su trabajo.

12 Además estimularán el desarrollo de habilidades y estrategias de aprendizaje en los usuarios, que les permitirán planificar, regular y evaluar su propia actividad de aprendizaje, provocando la reflexión sobre su conocimiento y sobre los métodos que utilizan al pensar.

2.1.11

Enfoque pedagógico actual

El aprendizaje es un proceso activo en el que el sujeto tiene que realizar una serie de actividades para asimilar los contenidos informativos que recibe. Según repita, reproduzca o relacione los conocimientos, realizará un aprendizaje repetitivo, reproductivo o significativo. Conviene que las actividades del sistema estén en armonía con las tendencias pedagógicas actuales, para que su uso en las aulas y demás entornos educativos provoque un cambio metodológico en este sentido. Ya que aprender significativamente supone modificar los propios esquemas de conocimiento, reestructurar, revisar, ampliar y enriquecer la estructura cognitiva.

2.1.12

La documentación

Aunque los módulos sean fáciles de utilizar y auto explicativos, conviene que tengan una información que detalle sus características, forma de uso y posibilidades didácticas. Esta documentación debe tener una presentación agradable, con textos bien legibles y adecuados a sus destinatarios, y resultar útil, clara, suficiente y sencilla. Podemos distinguir tres partes: • El manual del usuario. Presenta el sistema, informa sobre su instalación y explica sus objetivos, contenidos, destinatarios, modelo de aprendizaje que propone así como sus opciones y funcionalidades. También sugiere la realización de diversas actividades complementarias y el uso de otros materiales. • La guía didáctica con sugerencias didácticas y ejemplos de utilización que propone estrategias de uso e indicaciones. Puede incluir fichas de actividades complementarias, pruebas de evaluación y bibliografía relativa del contenido.

13

2.1.13

Esfuerzo cognitivo

Las actividades del módulo, a partir de los conocimientos previos e intereses de los estudiantes, deben facilitar aprendizajes significativos y transferibles a otras situaciones mediante una continua actividad mental en relación con la naturaleza de los aprendizajes que se pretenden. Así el usuario puede desarrollar las capacidades y las estructuras mentales, mediante el ejercicio de actividades cognitivas del tipo: control psicomotriz, memorizar, comprender, comparar, relacionar, calcular, analizar, sintetizar, razonamiento (deductivo, inductivo, crítico), imaginar, resolver problemas, expresión (verbal, escrita, gráfica), crear, experimentar, explorar, reflexión meta cognitiva (reflexión sobre su conocimiento y los métodos que utilizan al pensar y aprender).

2.2

Diseño

Para poder diseñar el módulo se tomaron en cuenta diferentes aspectos: tenía que ser atractivo para el usuario, fácil de trasladar, tener componentes que se puedan conseguir, en que lugares se pondrá y que sea de fácil mantenimiento. En un principio se pensó que tipo de mecanismos se iban a introducir dentro de cada panel. También de que tema iba a tratar, así como delimitar la información que se iba a utilizar para el software de computación. Para la selección del tema que se quiere abarcar o aprender con el módulo, se investigó que tipo de temas son abordados sin importancia a estos niveles de educación. Se llegó a la conclusión que podíamos abarcar uno de los siguientes temas: cuerpo humano, animales y su hábitat, diferentes culturas del mundo.

2.2.1

Diseño previo del módulo

Se quiso abarcar los tres temas para tener información acerca de diversos temas de interés para el usuario. Después se delimitó la información que contiene el software, ya que cada uno

14 de los temas a tratar implica mucha información, así la elección final del tema principal fue Recursos Naturales de la República Mexicana. Un panel se diseñó con tres interruptores para la selección de tres diferentes temas. Como se puede observar en la siguiente figura 2.1.

Figura 2.1 Diseño previo del módulo

Para poder hacer que el usuario se dé cuenta que tema seleccionó se hizo uso de etiquetas iluminadas, también si por descuido un usuario utilizara el módulo con la opción de selección de tema ya escogido, se daría cuenta que tema se seleccionó previamente. Al momento de seleccionar cada interruptor se ilumina la etiqueta correspondiente. Otro panel se diseño con cinco interruptores para la selección de un subtema. Se puede observar el diseño en la siguiente figura 2.2.

15

Figura 2.2 Diseño previo del módulo 2

Éste también tenía iluminación y sus respectivas etiquetas. Este panel servía para ser más específico en cuanto al tema seleccionado. Para hacer un desglose más completo sobre el tema, se implementaría otro panel en el cual se colocaría un mapa de la república mexicana y se tendría un mecanismo más complejo de los anteriores paneles. Constaría de iluminación, pero en lugar de iluminar etiquetas sería todo el mapa. Para que al momento de iluminar el mapa aparecieran diferentes figuras dependiendo de que tema se escogió, se requeriría implementar un mecanismo que constara de rodillos con una banda. La banda tendría tres diferentes mapas de la república, para que en cada mapa se tuvieran imágenes referentes a cada tema, sería de un material que tuviera transparencia y que fuera flexible para poder implementar los rodillos y así tener un mecanismo parecido a una banda transportadora. Para poder saber cuantos rodillos se implementarían se tomó en cuenta que algunos rodillos tenían que estar movidos por motores, para que al momento de mover la banda, no se dañara. Tenían que moverse suavemente y así la banda tendría más vida de

16 uso. Se implementarían cuatro rodillos en un principio, pero después se tomó en cuenta que con solo tres rodillos bastaba para el propósito. Cabe aclarar que nada más con dos motores se podría construir este mecanismo. Para poder seleccionar información de cada estado de la república, se tendrían interruptores pequeños para poder poner uno en cada estado y con esto poder tener información aún mas concreta. Se implementaría un software computacional, que tuviera una base de datos. Por medio del monitor de la computadora se podría desplegar la información necesaria, éste estaría ubicado en otro panel. Para hacer el módulo más atractivo se pondrían dos bocinas y tres carruseles. Cabe aclarar que los carruseles estarían ubicados en el panel del monitor y las bocinas en el panel del mapa: cada carrusel costa de tres figuras diferentes; cada figura sería asociada a un tema. Las posiciones serían dos carruseles a los lados del monitor y el otro arriba del monitor. Para poder hacer girar los carruseles se implementarían también motores de pasos, para así tenerlos en las posiciones correctas para mostrar las figuras. Por otra parte las bocinas servirían para poder tener un apoyo auditivo. Las posiciones de los paneles hubieran sido: el panel de los tres interruptores se colocaría en frente de los otros paneles, en seguida se localizaría el panel de los cinco interruptores y posteriormente el panel del mapa, estos paneles se localizarían en forma de mesa y tendrían la inclinación necesaria para que el usuario pueda acceder con facilidad. Se pensó que con un PIC sería suficiente para abarcar los requerimientos del sistema, ya que contiene diferentes puertos programables (entrada-salida).

2.2.2

Mejoras al módulo

Se realizaron modificaciones al módulo ya que se observó que la forma física del prototipo no era lo suficientemente atractiva para los usuarios, pues el diseño no permitía el fácil acceso a los paneles. En cuanto al mecanismo del panel del mapa (rodillos y banda), los componentes serían difíciles de conseguir si alguno de ellos llegara a dañarse, además la manera de implementarlo no era sencilla así como también éste no permitía acomodar la iluminación o algún componente electrónico, y aunque se lograra acondicionar estos elementos en el prototipo, el mantenimiento sería un tanto complejo y su vida de uso no seria muy larga. Se tuvo que

17 prescindir de los carruseles pues la información que desplegarían no es lo suficiente para el usuario. Para la elección de los subtemas, el tener sólo cinco interruptores limitaba la base de datos del software, ya que la información que podría introducirse posteriormente al módulo, no podría extenderse. Al considerar lo anterior las funciones del PIC no serían suficientes, optando así por otro dispositivo de control: PLC. Una de las ventajas de éste dispositivo es que cuenta con módulos de expansión para entradas y salidas. Entonces se optó por hacer los siguientes cambios: El módulo se formó por tres paneles: uno tenía 3 botones para elegir el tema, el segundo panel tenía un teclado matricial para la elección de subtemas y el tercer panel era un mapa de la República Mexicana en el cual cada Estado existía un sensor de toque, en este panel se tenía etiquetas que correspondían a los temas con los cuales contaba el módulo. Para poder observar la información así como las opciones a elegir se hizo uso de un monitor que desplegaba la información dependiendo de la etapa, también se contaba con bocinas para que la interacción fuera no solamente visual si no también auditiva. Para hacerlo más atractivo y accesible se implementó la función de desplegar el panel del teclado así como elevar el panel del mapa para acceder de manera más fácil a los sensores que éste contenía. El mapa contaba con iluminación para resaltar los Estados una vez que se había activado el sensor. El módulo está formado por tres paneles: uno tiene 3 botones para elegir el tema, el segundo panel tiene un teclado matricial para la elección de subtemas y el tercer panel es un mapa de la República Mexicana en el cual cada Estado se implemento un sensor, en este panel tiene etiquetas que corresponden a los temas con los cuales cuenta el módulo. Para poder observar la información así como las opciones a elegir se hace uso de un monitor y bocinas para que la interacción no sea solamente visual si no también auditiva. Para hacerlo más atractivo y accesible se implemento la función de desplegar el panel del teclado así como elevar el panel del mapa para acceder de manera más fácil a los sensores que éste contiene. El mapa cuenta con iluminación para resaltar los Estados una vez que se haya activado el sensor. Los temas con los cuales contaba el módulo eran:

18 • Recursos naturales del país • Climas predominantes en las distintas regiones • Culturas de los diferentes estados 2.2.2.1

Forma de interactuar con el módulo

En el monitor despliegan instrucciones de cómo hacer uso del mismo. En el primer panel existen tres botones para elegir el tema que se desea desglosar, cuando se hace la elección, una etiqueta que contiene el nombre del tema elegido se ilumina y en el monitor aparece la información del tema seleccionado, junto con subtemas del mismo. En ese momento se despliega el panel que contiene el teclado matricial para poder hacer la elección del subtema que se prefiera. Una vez escogido el subtema, el teclado se despliega y en el monitor aparece información, sonido e imágenes acordes con la elección. Cuando el usuario esté observando la información del tema elegido, aparecerá en pantalla una invitación a tocar uno de los sensores que se encuentra en cada estado de la republica para obtener información más detallada y en ese momento el tercer panel que contiene el mapa comienza a elevarse permitiendo tener fácil acceso a los sensores. Cuando el usuario toque un estado quedara encendida el área referente a la superficie de éste y se mostrará información específica en el monitor sobre el estado que se tocó. Después de cierto tiempo el tercer panel regresara a su lugar y de esta manera se iniciaran una vez más los pasos anteriores para invitar a el usuario a hacer una nueva elección de tema. El diseño final del módulo se observa en la siguiente figura 2.3

19

Figura 2.3 Mejoras al módulo

2.2.2.2

Especificaciones del software

Se debe tener una comunicación con el panel que está activado, para esto se hizo uso del puerto paralelo y éste permite a la computadora tomar la información necesaria del panel que esta en uso, para que una vez hecha la elección sobre alguno de los temas o se haya escogido algún estado de la republica, se despliegue en pantalla la información relacionada con el tema elegido.

2.2.3

Funcionamiento de los mecanismos del módulo

Para desplegar el teclado matricial, se hizo uso de un motor de pasos, un riel y una banda. Se utilizó un sistema parecido al movimiento del cartucho de tinta en una impresora. Para la iluminación de las etiquetas y de los Estados de la República se utilizó material transparente (acrílico) y diferentes tipos de focos. En el mapa, hay un sensor de toque en cada Estado que tiene diferentes componentes electrónicos. Para poder elevar este panel se implementó un mecanismo que consistía de un motor de corriente directa, engranes y cadena, sin embargo, al momento de probarlo, no funcionó,

20 por lo tanto se optó por un diseño alterno con otro tipo de motor. Para tener una mejor idea del diseño que no funcionó se puede observar la figura 2.4.

Figura 2.4 Primer mecanismo (se implementó pero no funcionó)

La diferencia del nuevo mecanismo es que trabaja con poleas en vez de engranes y con un cable en vez de cadena. Se aprovechó el espacio debajo de cada panel para colocar los circuitos que hacen funcionar a cada uno de ellos.

Capítulo 3

Diseño Electrónico 3.1

Motores de paso

En esta sección se describe el funcionamiento y componentes de los motores de pasos [6].

Figura 3.1 Motor de pasos

Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos en donde se requieren movimientos muy precisos. La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos un paso a la vez por cada pulso que se les aplique. Este paso puede variar desde 90◦ hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8◦ , es decir, que se necesitarán 4 pasos en el primer caso (90◦ ) y 200 para el segundo caso (1.8◦ ), para completar un giro completo de 360◦ . Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posición o bien totalmente libres. Si una o más de sus bobinas está energizada, el motor estará enclavado en la

22 posición correspondiente y por el contrario quedará completamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas. En este apartado se explica los motores paso a paso(P-P) del tipo de imán permanente, ya que estos son los usados en robótica.

3.1.1

Principio de funcionamiento

Básicamente estos motores están constituidos normalmente por un rotor sobre el que van aplicados distintos imanes permanentes y por un cierto número de bobinas en su estator. Las bobinas son parte del estator y el rotor es un imán permanente. Toda la conmutación (o excitación de las bobinas) deber ser externamente manejada por un controlador.

Figura 3.2 Rotor

Figura 3.3 Estator de 4 bobinas

Existen dos tipos de motores paso a paso de imán permanente: Bipolar Estos tienen generalmente cuatro cables de salida (ver figura3.4). Necesitan ciertos trucos para ser controlados, debido a que requieren del cambio de dirección del flujo de corriente a través de las bobinas en la secuencia apropiada para realizar un movimiento.

23

Figura 3.4 Fases de los diferentes tipos de motor de pasos

En figura 3.5 podemos apreciar un ejemplo de control de estos motores mediante el uso de un puente en H (H-Bridge). Como se aprecia, será necesario un puente H por cada bobina del motor, es decir que para controlar un motor Paso a Paso de 4 cables (dos bobinas), necesitaremos usar dos puentes H iguales al de la figura 3.5. El circuito de la figura 3.5 es a modo ilustrativo y no corresponde con exactitud a un puente H. En general es recomendable el uso de puentes H integrados como son los casos del L293 (ver figura3.6).

Figura 3.5 Puente H

24

Figura 3.6 Circuito del Puente H

Unipolar Estos motores suelen tener 6 o 5 cables de salida, dependiendo de su conexión interna (ver figura 3.4). Este tipo se caracteriza por ser más simple de controlar. En la figura 3.7 podemos apreciar un ejemplo de conexión para controlar un motor paso a paso unipolar mediante el uso de un ULN2803, el cual es una arreglo de 8 transistores tipo Darlington capaces de manejar cargas de hasta 500mA. Las entradas de activación (Activa A, B , C y D) pueden ser directamente activadas por un microcontrolador.

Figura 3.7 Etapa de potencia para las fases

3.1.2

Secuencias para manejar motores paso a paso Bipolares

Como se dijo anteriormente, estos motores necesitan la inversión de la corriente que circula en sus bobinas en una secuencia determinada. Cada inversión de la polaridad provoca el movimiento del eje en un paso, cuyo sentido de giro está determinado por la secuencia seguida. A continuación se puede ver la tabla con la secuencia necesaria para controlar motores paso a paso del tipo Bipolares:

25

Tabla 3.1 Secuencia para motor bipolar PASO

3.1.3

TERMINALES

1

+V

-V

+V

-V

2

+V

-V

-V

+V

3

-V

+V

-V

+V

4

-V

+V

+V

-V

Referencia importante

Cuando se trabaja con motores P-P usados o bien nuevos, pero de los cuales no tenemos hojas de datos. Es posible averiguar la distribución de los cables de las bobinas y el cable común en un motor de paso unipolar de 5 o 6 cables siguiendo las instrucciones que se detallan a continuación:

Figura 3.8 configuración de los motores de pasos

Aislando el cable(s) común que va a la fuente de alimentación Como se aprecia en las figuras anteriores, en el caso de motores con 6 cables, estos poseen dos cables comunes, pero generalmente poseen el mismo color, por lo que lo mejor es unirlos antes de comenzar las pruebas. Usando un multímetro para medir la resistencia entre pares de cables, el cable común será el único que tenga la mitad del valor de la resistencia entre ella y el resto de los cables. Esto es debido a que el cable común tiene una bobina entre ella y cualquier otro cable, mientras que cada uno de los otros cables tienen dos bobinas entre ellos. De ahí la mitad de la resistencia medida en el cable común.

26 Identificando los cables de las bobinas (A, B, C y D) aplicar un voltaje al cable común (generalmente 12 volts, pero puede ser más o menos) y manteniendo uno de los otros cables a tierra (GND) mientras vamos poniendo a masa cada uno de los demás cables de forma alternada y observando los resultados.

3.1.4

Identificando los cables en Motores P-P Bipolares

Para el caso de motores paso a paso bipolares (generalmente de 4 cables de salida), la identificación es más sencilla. Simplemente tomando un multímetro en modo óhmetro (para medir resistencias), podemos hallar los pares de cables que corresponden a cada bobina, debido a que entre ellos deberá haber continuidad (en realidad una resistencia muy baja). Luego solo deberemos averiguar la polaridad de la misma, la cual se obtiene fácilmente probando. Es decir, si conectado de una manera no funciona, simplemente damos vuelta los cables de una de las bobinas y entonces ya debería funcionar correctamente. Si el sentido de giro es inverso a lo esperado, simplemente se deben invertir las conexiones de ambas bobinas del puente H. 3.1.4.1

Para recordar

• Un motor de paso con 5 cables es casi seguro de 4 fases y unipolar. • Un motor de paso con 6 cables también puede ser de 4 fases y unipolar, pero con 2 cables comunes para alimentación. pueden ser del mismo color. • Un motor de pasos con solo 4 cables es comúnmente bipolar.

3.2

Motor de corriente continua

En este apartado se describe el funcionamiento del los motores de corriente continua [7]. El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotativo. En la actualidad existen nuevas aplicaciones con motores eléctricos que no producen movimiento rotatorio, sino que con algunas modificaciones, ejercen tracción sobre un riel. Estos motores se conocen como motores lineales.

27 Esta máquina de corriente continua es una de las más versátiles en la industria. Su fácil control de posición, par y velocidad la han convertido en una de las mejores opciones en aplicaciones de control y automatización de procesos. Pero con la llegada de la electrónica han caído en desuso pues los motores de corriente alterna del tipo asíncrono, pueden ser controlados de igual forma a precios más accesibles para el consumidor medio de la industria. A pesar de esto el uso de motores de corriente continua se utilizan en muchas aplicaciones de potencia (trenes y tranvías) o de precisión (máquinas, micromotores, etc.) La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga. Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica. En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro. El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas. También se construyen motores de CC con el rotor de imanes permanentes para aplicaciones especiales.

3.2.1

Principio de funcionamiento

Según la segunda Ley de Lorentz, un conductor por el que pasa una corriente eléctrica que causa un campo magnético a su alrededor tiende a ser expulsado si se le quiere introducir dentro de otro campo magnético. Lo podemos observar en la figura 3.9.

Figura 3.9 Ley de Lorentz

28

F = BlI

(3.1)

[ F ] Fuerza en Newtons [N] [ I ] Intensidad que recorre el conductor en Amperios [A] [ l ] Longitud del conductor en metros [m] [ B ] Inducción en Teslas [T] Vale la pena agregar en el caso de las direcciones de la induccion magnética , la fuerza en la que se moverá el conductor como también el sentido de circulación de la corriente, se pueden definir con la Regla de la Mano Derecha de Fleming.

3.2.2

Fuerza contraelectromotriz inducida en un motor

Es la tensión que se crea en los conductores de un motor como consecuencia del corte de las líneas de fuerza, es el efecto generador. La polaridad de la tensión en los generadores es inversa a la aplicada en bornes del motor. Las fuertes puntas de corriente de un motor en el arranque son debidas a que con máquina parada no hay fuerza contraelectromotriz y el bobinado se comporta como una resistencia pura.

3.2.3

Número de escobillas

Las escobillas deben poner en cortocircuito todas las bobinas situadas en la zona neutra. Si la máquina tiene dos polos, tenemos también dos zonas neutras. En consecuencia, el número total de escobillas ha de ser igual al número de polos de la máquina. En cuanto a su posición, será coincidente con las líneas neutras de los polos.

3.2.4

Sentido de giro

El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

29 La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido. Si se permuta la polaridad en ambos bobinados, el eje del motor gira en el mismo sentido. Los cambios de polaridad de los bobinados, tanto en el inductor como en el inducido se realizarán en la caja de bornes de la máquina.

3.2.5

Bornes

Los motores y los generadores de corriente continua están constituidos esencialmente por los mismos elementos, diferenciándose únicamente en la forma de utilización. Por reversibilidad entre el motor y el generador se entiende que si se hace girar al rotor, se produce en el devanado inducido una fuerza electromotriz capaz de transformarse en energía en el circuito de carga. En cambio, si se aplica una tensión continua al devanado inducido del generador a través del colector de delgas, el comportamiento de la máquina ahora es de motor, capaz de transformar la fuerza contraelectromotriz en energía mecánica. En ambos casos el inducido está sometido a la acción del campo inductor principal.

3.3

Diagramas

En esta sección se menciona el funcionamiento a grandes rasgos de diferentes circuitos integrados, para tener una mejor referencia se puede consultar el apéndice A. Para poder seleccionar que tipo de circuitos se van a utilizar se debe tomar en cuenta que recursos se tienen disponibles y en base a dichos recursos podemos partir a un diseño electrónico seguro. Como se menciono con anterioridad, el dispositivo de control a utilizar es el PLC. Se hizo uso del modelo S7-200 con CPU 214 de Siemens. El PLC tiene diferentes características: La gama S7-200 comprende diversos sistemas de automatización pequeños (Micro-PLCs) que se pueden utilizar para numerosas tareas. Gracias a su diseño compacto, su bajo costo y su amplio juego de operaciones, los sistemas de automatización S7-200 son idóneos para

30 numerosas aplicaciones pequeñas de control. La gran variedad de tamaños y fuentes de las CPUs, así como las múltiples opciones de programación proporcionan la flexibilidad necesaria para solucionar las tareas de automatización [8]. Para tener una mejor referencia de los datos del PLC puede consultar la figura 3.10:

31

Figura 3.10 Características del PLC

32 Al momento de analizar las características se observó que cumple con los requisitos que se necesitan para el sistema. En la figura 3.11 se muestra como se hacen las conexiones respectivas al PLC.

Figura 3.11 Conexiones al PLC

Como tenemos muy pocas entradas y muy pocas salidas se tiene que hacer uso de circuitos electrónicos que puedan expander tanto las entradas como las salidas. Se utilizaron diferentes circuitos para esta tarea. En las siguientes sub secciones se da una breve explicación del funcionamiento de los circuitos.

3.3.1

Multiplexor/Demultiplexor 74LS138

La función de este circuito es el de la selección de canales, dependiendo de los diferentes valores que se encuentren las terminales de selección A, B y C (terminales 1, 2 y 3), se tiene que poner en los terminales de selección diferentes valores (ya sea alto [H] o bajo [L]) para

33 poder seleccionar el canal deseado (terminales de salida). Al momento de seleccionar el canal, éste cambiará su estado a bajo [L]. Los canales se encuentran en las terminales 7, 9, 10, 11, 12, 13, 14 y 15 . Así al momento de poner diferentes combinaciones podemos seleccionar uno de los ocho canales. Si por ejemplo se pone en los pines de selección en alto (A=H, B=H, C=H respectivamente), se habrá seleccionado el canal que se encuentra en el pin 7.

3.3.2

Buffer de ocho líneas 74LS244

Las líneas de entrada y salida de este circuito están divididas en dos grupos de cuatro. El funcionamiento de este circuito es el de dejar pasar la entrada hacia la salida; siempre y cuando las terminales 1 y 19 (entradas de control) estén en bajo [L]. Cuando las entradas de control estén en alto [H] las salidas se ponen en estado de alta impedancia [Z] independientemente de los estados en los que se encuentren las entradas. La terminal 1 activa el primer grupo de entradas (terminales 2, 4, 6 y 8), la terminal 19 activa el segundo grupo de entradas (terminales 11, 13, 15, 17 y 19). Esto nos permite poder tener control sobre las entradas.

3.3.3

Flip Flop de ocho canales 74LS273

El funcionamiento del circuito es el de de almacenar el estado de las entradas (terminales 3, 4, 7, 8, 13, 14, 17 y 18) en los flip- flops cuando la entrada del reloj (terminal 11) cambie de bajo [L] a alto [L] ,esto quiere decir que se necesita esta transición para almacenar un dato. En las salidas (terminales 2, 5, 6, 9, 12, 15, 16 y 19) se encuentra el valor actual almacenado en los flip flops. Por medio de este circuito se puede cambiar las salidas y dejar el estado almacenado en los flip flops.

3.3.4

Compuerta OR 74LS32

Este circuito lo constituyen cuatro compuertas OR, cada compuerta OR se compone de dos entradas y una salida. Las terminales 1 y 2 son las entradas de una compuerta y la salida es la terminal 3, así se tiene que, las terminales 4 y 5 son entradas y la salida es la terminal 6, las entradas de otra compuerta son las terminales 12 y 13 y su respectiva salida es la terminal 11, las entradas de la ultima compuerta se encuentran en las terminales 9 y 10, y su salida en la

34 terminal 8. El funcionamiento de la compuerta es de que la salida se pone en alto [H] cuando alguna de las entradas se encuentra en alto.

3.3.5

Compuerta AND 74LS08

La configuración es similar a la de la compuerta OR, descrita con anterioridad. Las Terminales 1 y 2 son las entradas de una de las compuertas and del circuito, su respectiva salida es la Terminal 3. Así tenemos que las otras compuertas se encuentran en: las terminales 4 y 5 son entradas y su salida es la Terminal 6, las terminales 9 y 10 son las entradas y su salida es la Terminal 8, y las entradas de la última compuerta se encuentran en las terminales 12 y 13, su salida en la Terminal 11. El funcionamiento de la compuerta AND es: cuando todas las entradas de la compuerta se encuentran en alto (H) la salida es alto (H).

3.3.6

Compuerta NOR 74LS02

El circuito lo constituyen cuatro compuertas, la configuración está definida de la siguiente manera: la terminal 1 es la salida de la primer compuerta y sus entradas son las terminales 2 y 3, la terminal 4 es la salida de otra compuerta cuyas entradas se localizan en las terminales 5 y 6, la salida de la tercer compuerta se encuentra en la terminal 8 y sus entradas son las terminales 9 y 10, finalmente, la salida de la última compuerta se encuentra en la terminal 11 y sus entradas en las terminales 12 y 13. El funcionamiento de la compuerta es el poner la salida en alto (H) cuando todas las entradas se encuentran en bajo (L).

3.3.7

Oscilador NE555

Normalmente este circuito se utiliza para generar señales de pulsos, esto se logra con una asociación de componentes (resistencias y capacitores). Este circuito puede trabajar en diferentes modos: astable y monoestable. En el modo astable , el circuito entrega un tren continuo de pulsos y en el monoestable suministra un pulso de determinada duración. La frecuencia y el ancho del pulso se programan externamente mediante resistencias y capacitores adecuados.

35 Otro modo de operación importante es como modulador de ancho de pulsos. En este caso, el circuito trabaja en el modo monoestable pero la duración del pulso se controla mediante un voltaje externo aplicado al pin 5.

3.3.8

Amplificador Operacional LM324

Un amplificador operacional (A.O., habitualmente llamado op-amp) es un circuito electrónico (normalmente se presenta como circuito integrado) que tiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia de las dos entradas multiplicada por un factor (G) (ganancia):

Vout = G(V+ − V− )

(3.2)

Originalmente los A.O. se empleaban para operaciones matemáticas (suma, resta, multiplicación, división, integración, derivación, etc) en calculadoras analógicas. De ahí su nombre. El A.O. ideal tiene una ganancia infinita, una impedancia de entrada infinita, un ancho de banda también infinito, una impedancia de salida nula, un tiempo de respuesta nulo y ningún ruido. Como la impedancia de entrada es infinita también se dice que las corrientes de entrada son cero.

3.3.9

Transistores tipo NPN Tip31 y Tip 35

Este componente es para aplicaciones de propósito general, es utilizado en forma de amplificador. Otra utilidad es como transistor de potencia en las fuentes de poder o en otros circuitos.

3.3.10

Controlador de motor de pasos L297

Al momento de tratar de controlar motores de pasos, se debe de tomar en cuenta que estos motores no se pueden controlar con la simple polarización de las terminales, ya que los motores de pasos se les necesita aplicar una secuencia para que puedan girar. El motor de pasos puede constar de 4 a 6 cables, en los cuales se aplica la secuencia necesaria para poder hacerlo girar. El circuito L297 es un auxiliar para generar la secuencia para poder controlar los motores bipolares. El circuito nos permite seleccionar entre que tipo de giro queremos: ya sea paso

36 completo o medio paso (terminal 19), así como también el sentido del giro (terminal 17). Por otro lado nos permite habilitar o deshabilitar la secuencia de salida para el motor (la activación o enable se ubica en la terminal 10 y las salidas las encontramos en las terminales 4, 6, 7 y 9).

3.3.11

Etapa de potencia para motores L298

Este circuito nos permite elevar el voltaje de entrada (5, 7, 10 y 12), el funcionamiento es similar a la que nos dan los transistores de potencia, pero el circuito puede elevar cuatro entradas a la vez. El circuito esta separado por pares de entradas, cada dos entradas tiene enable (habilitar). El enable de las primeras salidas (terminales 2 y 3) del circuito se encuentra en la terminal 6, y las ultimas salidas (terminales 13 y 14) se localiza en la terminal 11. Cabe aclarar que las salida correspondiente a cada entrada se menciona en seguida: para la entrada de la terminal 5 corresponde la salida de la terminal 2, para la entrada de la terminal 7 la salida de la terminal 3, para la entrada de la terminal 10 la salida de la terminal 13 y para la entrada de la terminal 12 la salida de la terminal 14.

3.3.12

Descripción del sistema

Figura 3.12 Sensor de Toque

En el sensor de toque (ver figura 3.12) funciona a base de un NE555 configurado en su forma monoestable: Un circuito monoestable recibe ese nombre por permanecer estable en un solo estado: el nivel bajo. Si se conecta el NE555 de manera que se comporte como un monoestable, su salida permanecerá en estado bajo, salvo en el momento en que reciba una

37 señal en su terminal TRIGGER, en cuyo caso la salida pasará a nivel alto durante un tiempo T, determinado por los valores de R1 y C1, de acuerdo a la formula que se mostrará más adelante, donde el periodo T se expresa en segundos [seg], R1 en ohms [Ω] y la capacidad de C1 en faradios [F]. Al presionar el pulsador identificado como "trigger", la salida del NE555 pasara a estado alto hasta que transcurra el tiempo fijado por el valor de R1 y C1 o hasta que se presione el pulsador "reset" (lo que ocurra primero). En general, no se desea interrumpir el periodo en que el integrado tiene su salida en nivel alto, por lo que el pulsador conectado al RESET puede no ser necesario. Dado que para obtener largos periodos en estado alto (superiores a los 10 minutos) se deben utilizar capacitores electrolíticos, y estos presentan fugas que afectan su confiabilidad. Se tiene que recordar en el momento de hacer los diseños que, puede haber posibles errores de hasta un 20% en los tiempos determinados por R1 y C1. Es importante aclarar que una vez disparado el monoestable, hasta que no transcurra el tiempo T (o se dé un reset al temporizador) cualquier actividad en el TRIGGER es ignorada, por lo que un disparo efectuado durante el estado alto de la salida será ignorado. En la fórmula 3.3 se muestra como calcular las resistencias y capacitores para el periodo (la figura 3.13 es de apoyo).

Figura 3.13 Fórmula

T = 1.1 × R1 × C1

(3.3)

38

Figura 3.14 Multiplexor

La razón de la combinación de los circuitos de la figura 3.14, fue la de poder reducir alrededor de cuarenta y ocho líneas de entrada en solo ocho, todo esto se hace utilizando las terminales de selección A, B, y C del circuito 74LS138 lo cual permite seleccionar una de las ocho posibles salidas. Las salidas de selección del circuito antes mencionado están conectadas a las terminales de entrada de los cuatro circuitos 74LS244, así por ejemplo , si las terminales de selección del circuito 74LS138 están A=L, B=L y C=L se habilita el primero de los cuatro 74LS244. Al momento de habilitar este circuito se pueden leer las ocho entradas que se encuentran en el primer circuito (74LS244), para que posteriormente se se puedan mandar la salida de la entrada seleccionada a la etapa de potencia de manera que el PLC la lea. En las treinta y dos entradas de los primeros cuatro circuitos 74LS244 se ubican los sensores de toque, en seguida se ubican los interruptores NA y en el último circuito se localizan las líneas provenientes del teclado matricial. Cabe aclarar que las salidas de los circuitos 74LS244 se conectaron de tal forma que; la primer salida del primer circuito esta conectada con todas las primeras salidas de los otros circuitos 74LS244 y así consecutivamente (en paralelo). Con esta conexión se puede hacer que siempre se lea ocho entradas, ya que se tienen varios datos en el mismo bus, para que estos datos se puedan pasar a la etapa de potencia y finalmente al PLC.

39

Figura 3.15 Etapa de Potencia

La etapa de potencia de la figura 3.15 consta de una placa que contiene un circuito con cuatro amplificadores operacionales (LM324), con una configuración de no inversor. Para poder dar potencia a la salida del amplificador se utilizó un Tip 35 en cada amplificador operacional (cuatro Tip 35 para cada circuito). El voltaje se eleva a 24 V para hacer que el PLC pueda leer cada voltaje que proviene de cada salida de los circuitos 74LS244. Por medio de los circuitos anteriores se pueden leer varias entradas en un tiempo corto, en otras palabras el funcionamiento es el de multiplexar las entradas. Para que se pueda implementar otra placa (ver figura 3.16), se debe tomar en cuenta que funcionamiento debe tener dicha placa. Se trata de implementar circuitos que permitan expandir ocho líneas de salida, provenientes del PLC, alrededor de cuarenta líneas. Se necesita que se activen mas cargas de las que el PLC puede controlar, para esta tarea se hizo uso de un circuito que permite dejar activada la salida. Se utilizó un circuito que consta de ocho flip flops, el cual permite almacenar los datos. El circuito 74LS273 cuenta con los flip flops. Se utilizó el mismo circuito (74LS138) para poder seleccionar cada uno de los circuitos que cuentan con grupos de flip flops. Se implementó una técnica similar a la del diagrama donde se encuentran los circuitos 74LS138 y 74LS244 (figura 3.14). Para poder habilitar cada circuito 74LS273 se tuvo que conectar el reloj de éste a cada salida de selección del circuito 74LS138. Al momento de habilitar cada circuito se puede enviar información de la salidas del PLC.

40

Figura 3.16 Demultiplexor

Hay que aclarar que las entradas de cada circuito 74LS273 se conectaron de la siguiente forma: cada entrada quedo en paralelo con cada una de las entradas de los demás circuitos por lo que es necesario decidir cual de los circuitos hay que habilitar de acuerdo al estado correspondiente. En los primeros cuatro circuitos 74LS273 se localizaron los focos referentes a los estados de la república, en el siguiente circuito se ubicaron los focos que corresponden a: la selección del tema, sentido del giro, habilitación del motor de pasos, sentido de giro y habilitación del motor de CD respectivamente. Se controló el reset de cada 74LS273 para poder habilitar solamente un circuito a la vez y así asegurarse que no se activará otra carga que no corresponda. Para poder controlar el motor de pasos se utilizó el circuito L297, este circuito proporciona la secuencia necesaria de cambio de fases para que el motor de pasos pueda girar, se puede programar para que el motor de pasos pueda girar en paso completo o en medio paso (ver figura 3.17). En este proyecto se utilizó de paso completo, ya que no se necesitó mucha precisión. Este circuito funciona con la asociación de una resistencia y un capacitor en la terminal 16 (oscilador) para poder generar la secuencia, por otro lado, se necesita un generador de pulsos constantes que actúe como reloj. La secuencia que genera el circuito cambia conforme al

41

Figura 3.17 Circuito de secuencia y potencia para el motor de pasos

periodo del reloj. Con la terminal 10 de entrada se puede activar o desactivar el motor de pasos y con la terminal 17 se puede cambiar el sentido de giro del motor de pasos. Las terminales 10 y 17 se conectaron a dos de las salidas que vienen del sexto circuito 74LS273. La función del circuito L298 es el de dar potencia a cada fase de salida del circuito L297. Con este circuito se puede alimentar al motor con el voltaje requerido, a través de la terminal 4.

Figura 3.18 Conexiones para el motor de corriente directa

42 En la figura 3.18 se muestran las conexiones que se implementaron; para hacer que el motor de corriente directa (CD) pueda cambiar de sentido de giro y se pueda activar por medio de un voltaje pequeño. Cabe aclarar que el PLC solamente manda un voltaje de 5V, este voltaje se envía a los circuitos de salida para activar las cargas (74LS273). Así que para activar los relevadores se tuvo que amplificar dos de las salidas de un circuito 74LS273 a 12V, utilizando otra etapa de potencia igual que la que se muestra su diagrama en la figura 3.15. Cuando se activa el primer relevador deja pasar la corriente al motor de CD, así de esta forma se puede prender o apagar el motor de CD. Los dos relevadores que se activan con el mismo voltaje sirven para poder cambiar el sentido del giro del motor de CD. Cuando no se activan los relevadores; el motor está polarizado directamente y gira en sentido positivo, de lo contrario, cuando los relevadores están activados; el motor se polariza en sentido inverso y gira en el otro sentido.

Figura 3.19 Etapa de potencia para los focos

Para poder prender los focos del panel del mapa se implementó la etapa de potencia usando un transistor TIP 31 por cada foco ya que éste suministraba la corriente necesaria.

Capítulo 4

Programación 4.1

Java

El sistema está desarrollado en Java por ser un lenguaje orientado a objetos, e intenta simular el mundo real a través del significado de objetos que contienen características y funciones. Tiene como utilidades el desarrollo de aplicaciones, que son programas que se pueden ejecutar de forma independiente y sin cambios en diferentes tipos de plataformas y dispositivos computacionales. Actualmente es uno de los más utilizados en la animación, imágenes en movimiento y atracción visual.

4.1.1

Requisitos

Determinar correctamente los requerimientos mínimos necesarios para la ejecución de nuestra aplicación Multimedia es de suma importancia, ya que al ser este un software orientado a la educación interactiva, precisa que los tiempos de respuesta del equipo a las interacciones como Video, Animación, Sonido, etc., sean mínimos lográndose un desarrollo fluido, necesario para mantener la atención del usuario. Para determinar estos requerimientos mínimos, se utilizaron dos criterios de análisis. Por una parte se comprobó los requerimientos mínimos del sistema operativo actual más básico, Windows 95, con los cuales la aplicación debiera correr sin dificultades. Por otra parte se

44 realizó una apreciación subjetiva, a fin de estimar la fluidez necesaria para la percepción adecuada por parte del usuario. Estos criterios se aplicaron en múltiples equipos con distintas configuraciones, tanto equipos antiguos, relativamente actuales y actuales. Analizando los resultados obtenidos, se dio prioridad al análisis subjetivo, ya que este es un indicador de la fluidez y tiempos de retardo, los que prevalecerán en la apreciación del usuario. Un software que no logra su ejecución con suficiente fluidez resultará tedioso, no lográndose el objetivo principal de captar la atención del usuario. De esta forma, se definió una Configuración Mínima y una Configuración Recomendada, para la ejecución de la aplicación: Configuración Mínima: Pentium (o compatible) 233MHz MMX, RAM 32Mb, Windows 95, Memoria Video 4Mb, CD-ROM 24X. Permite la ejecución de la aplicación multimedia con ciertos retardos y fluidez mínima necesaria. Configuración Recomendada: Pentium II (o compatible) 400Mhz, RAM 64Mb, Windows 98, Video 8Mb, CD-ROM 40x. Permite una ejecución óptima de la aplicación multimedia, sin retardos y buena fluidez. Para la elaboración del sistema fue necesaria una herramienta de programación que permita crearlo, estableciendo que este lenguaje permitiera a la computadora comunicarse con circuitos electrónicos por medio del puerto paralelo y a la vez poder enlazar las pantallas realizadas en Java a la aplicación de tal lenguaje para poder producir resultados, se investigaron los lenguajes de programación que se pueden manejar buscando el óptimo para la construcción del sistema, varios de los cuales podemos mencionar como principales los siguientes:

4.1.2

Visual Basic

Es un entorno de programación de ambiente gráfico, pese a su potencia y facilidad no dispone en forma directa de instrucciones para acceder al puerto paralelo, lo que se necesita es un mecanismo que nos permita "traducir" algunas habilidades de C y así aprovechar la facilidad de VB para crear interfaces de usuario fácil y rápidamente. Dicho mecanismo toma la forma de una DLL (librería de enlace dinámico), misma que habrá que programar en otro

45 lenguaje diferente de VB, una vez que se cuenta con dicha librería se utiliza como cualquier otra disponible en Windows.

4.1.3

C/C++

C es apreciado por la eficiencia del código que produce y es el lenguaje de programación más popular para crear software de sistemas, aunque también se utiliza para crear aplicaciones. Éste lenguaje tiene gran capacidad para acceder al hardware de la computadora de forma directa, una de las ventajas es que trabaja muy rápido con la I/O y el inconveniente es que si se manejan siempre las mismas funciones por todos los programas que utilicen I/O y se esté ejecutando un programa que por ejemplo espere caracteres a la entrada haciendo un bucle, esto va a "comer" bastantes recursos de la máquina.

4.1.4

Java

Para acceder al puerto paralelo en lenguaje Java, se utiliza una simple clase llamada Parallelport, la cual lee y escribe bytes, se puede instalar en Linux o Windows. Solo que si se quiere utilizar Windows NT/2000/XP se necesita instalar un manejador a modo kernel (que es el núcleo del sistema Operativo) para abrir directamente los puertos de I/O.

4.1.5

¿Porqué Java?

El porque se opto por el lenguaje Java, se explica y justifica en la siguiente sección. Basándose en la experiencia previa de programas utilizados en el transcurso de la carrera de ingeniería en computación, se optó por el lenguaje Java, ya que presenta como características principales: • Fácil de aprender. Java implementa la tecnología básica de C++ con algunas mejoras y elimina algunas cosas para mantener el objetivo de la simplicidad del lenguaje. • Escribir menos y mejor código. Elimina muchas características de otros lenguajes como C++ para mantener reducidas las especificaciones del lenguaje.

46 • Robusto. Realiza verificaciones en busca de problemas tanto en tiempo de compilación como en tiempo de ejecución. • Escribir una vez, ejecutar en cualquier parte. Java construye sus interfaces de usuario a través de un sistema abstracto de ventanas de forma que las ventanas puedan ser implantadas en entornos Unix, Pc o Mac, por lo tanto evita dependencias de la plataforma. Cabe decir que no hay necesidad de instalar las aplicaciones y su distribución es gratuita, además uno de los requisitos de Java desde su inicio fue la posibilidad de crear programas interactivos, por lo que es capaz de hacer varias cosas a la vez sin perder rastro de lo que debería suceder y cuándo. Las aplicaciones de Java permiten situar figuras animadas en la aplicación, y éstas pueden crearse con logotipos animados o con texto que se desplace por la pantalla. También pueden tratarse gráficos generados por algún proceso. Estas animaciones pueden ser interactivas, permitiendo un control sobre su apariencia, todos estos puntos a favor resultaron adecuados para optar por este lenguaje, ya que se pensó en la forma de desarrollar el sistema de modo que sea amigable, agradable y atractivo para el usuario.

4.1.6

Requerimientos del sistema

Se realiza primeramente una lista de los requerimientos necesarios para que el programa pueda cohesionarse con el funcionamiento electrónico del módulo: 1. Ser capaz de leer las entradas y dar salidas del puerto paralelo y traducirlas de tal manera que se presente información relevante en pantalla. 2. Ser modular, estar abierto a no solo un grupo de temas, sino que tenga la posibilidad de aumentarlos o cambiarlos. 3. Cubrir las características que debe poseer un software interactivo multimedia. 4. Contar con las pantallas necesarias para el desarrollo de los temas como se explica a continuación: Primeramente en pantalla aparece un saludo inicial donde se explica una pequeña introducción de lo que trata el módulo y su función, luego se invita al usuario a que presione

47 uno de los tres botones de los temas principales, cuando ya se haya presionado alguno, se despliega una breve explicación del tema seleccionado, luego de un tiempo determinado, se muestra otro submenú en el cual se indica al usuario que escoja en el teclado matricial el subtema del tema escogido con anterioridad, en pantalla es desplegada la información de éste. Inmediatamente el mapa se inclina y el usuario tiene que presionar en el mapa, una vez arriba el sensor del estado deseado, el foco del estado seleccionado se encenderá mientras se muestra la información en pantalla, luego el mapa bajará a su posición inicial y mostrará en pantalla otra vez los subtemas, teniendo en cuenta que habrá opciones de selección por si se requiere regresar al menú anterior o si se quiere continuar. Para comprender mejor como se hizo la base de datos y como se programó se puede consultar el diagrama de la figura 4.12.

48

Figura 4.1 Diagrama de flujo para la base de datos

4.2

Programación en lenguaje Java

Para controlar el puerto paralelo, en este caso, se debe de configurar de tal manera que pueda leer y recibir datos. En el diagrama de la figura 4.2 se muestran las diferentes combinaciones que existen para que el puerto paralelo pueda leer los dispositivos de entrada.

49

Figura 4.2 Sección del programa en Java

En general, cada una de las interfaces presenta una estructura como la siguiente:

50 Se utiliza una clase llamada ParallelPort, la cual funciona para leer los datos que son enviados del PLC hacia el puerto paralelo.

import parport.ParallelPort;

Para esta línea el nombre de la clase es el único que cambia para inicializarla.

public class NombredelaClase extends javax.swing.JFrame implements Runnable{

Manda llamar a la subclase thread, el cual controla a la interfaz por medio de hebras.

Thread t = new Thread(this);

Crea una nueva forma o interfaz, en este caso la llamaremos NombredelaClase.

public NombredelaClase () { initComponents();

Comienza la ejecución de la nueva hebra.

t.start(); }

Este método es llamado desde el constructor para inicializar la forma (para que aparezca en pantalla la interfaz como la hemos diseñado). El contenido de este método es siempre regenerado por el editor de la interfaz.

private void initComponents() {

51 Aquí aparece la descripción de cada uno de los componentes que forman cada interfaz, los colores que se utilizan, las imágenes y sus características según su diseño.

public static void main(String args[]) { java.awt.EventQueue.invokeLater(new Runnable() {

Llama al método run que es como el main() de la hebra.

public void run() { new NombredelaClase ().setVisible(true); } }); }

Se despliega en pantalla la interfaz.

public void run() { try{

Manda llamar la clase Dato.

Dato in = new Dato();

Declaración de variables para controlar el puerto.

int c,datoentrada;

El puerto paralelo está configurado por default como salida, así que el bus de datos, que necesita leer las entradas del puerto, no las lee, en este caso se manda escribir 244 al bus de

52 status.

in.EscribirDato(890,244);

Bucle que repite el conjunto de instrucciones.

while(datoentrada!=255) {

Se lee la información que tiene el bus de datos y el de control.

control = in.LeeDato(889); datoentrada= in.LeeDato(888); c=datoentrada;

Como los datos de entrada son leídos en hexadecimal, en este programa se convirtieron en decimal, según la tabla de valores antes mencionada tomando en cuenta sólo la pantalla que se quiera leer. Utilizando las sentencias if y else, se puede seleccionar la interfaz según la tabla.

if(c==datodelatabla1 && control=controldelatabla1) java.awt.EventQueue.invokeLater(new Runnable() { public void run(){

Presenta la nueva interfaz y el audio.

new NombredelaClase2().setVisible(true); new Audio(“c:/Sonido_Modulo/NombredelaClase2.wav”); }

53 }); else if(c==datodelatabla2 && control=controldelatabla2) java.awt.EventQueue.invokeLater(new Runnable() { public void run(){ new NombredelaClase3().setVisible(true); new Audio(“c:/Sonido_Modulo/ NombredelaClase3.wav”); } });

Clase para leer el puerto.

class Dato{

Inicialización de variables.

int aByte=0; int dato=0; int puerto=0;

Manda hablar desde la clase ParallelPort e inicializa leyendo la entrada de datos, en este caso se direcciona con 0x378.

ParallelPort lpt1 = new ParallelPort(0x378);

Lee la dirección del Puerto bit por bit y lo regresa en binario.

int LeeDato(int puerto){ aByte = lpt1.readOneByte(puerto); return aByte;

54 }

Si se requiere escribir un byte en algún determinado momento, esta función resulta de gran ayuda.

Dato EscribirDato(int puerto, int dato){ lpt1.writeOneByte(puerto,dato); return this; } }

4.3

Programa para el PLC

En la figura 4.3 se muestra el diagrama de flujo de los programas de los dos PLCs:

55

Figura 4.3 Diagrama de flujo para los programas de PLCs

56 En esta sección se describen algunas secciones de los programas de los dos PLC para poder tener una idea del lenguaje de programación y el funcionamiento del módulo interactivo.

4.3.1

Primer PLC

En la figura 4.4 se muestra la tabla de símbolos correspondiente al programa.

Figura 4.4 Tabla de símbolos del programa

En las primeras tres secciones (figura 4.5) se leen los tres interruptores de los temas principales, cuando se oprime uno de los tres se prende las etiqueta correspondiente.

57

Figura 4.5 Sección del programa en donde se leen los botones de los temas principales

En la sección 4 se programó el tiempo que necesita para salir el teclado matricial de los subtemas y en la sección 5 se activa el enable y el sentido de giro del motor de pasos. Ver figura 4.6.

Figura 4.6 Sección donde se programa el tiempo que se tarda en desplegar el teclado matricial

58 En la sección 6 y 7 se igualan dos banderas a dos de las salidas que se conectan a dos de las entradas del otro PLC pueda saber en que etapa del programa se encuentra. En la sección 8 se cambia a la siguiente etapa y se para el motor de pasos. Ver figura 4.7.

Figura 4.7 Sección de programa que activa las salidas para poder tener comunicación con el otro PLC

Al momento de oprimir algún interruptor del teclado matricial se tiene que plegar, esto se programó en la sección 9 y 10. En la sección 11 se para el motor de pasos. Ver figura 4.8.

Figura 4.8 Sección en donde se programa el pliegue del teclado matricial

59 En la sección 12 y 13 se utiliza un timer para poder activar el motor de CD y elevar el panel del mapa de la república mexicana. En la sección 14 y 15 se utilizó otro timer para poder parar el motor de CD antes de la siguiente etapa. Ver figura 4.9.

Figura 4.9 Sección del programa donde se define el tiempo que se necesita para elevar el panel del mapa

En la sección 16 se cambia de etapa y en la sección 17 se cambia el sentido de giro del motor de CD y se regresa el panel del mapa a su lugar. Ver figura 4.10.

Figura 4.10 Sección donde se programó el descenso del panel del mapa

60

4.3.2

Segundo PLC

En la figura 4.11 se muestra la tabla de símbolos del programa.

Figura 4.11 Tabla de símbolos del programa

En la sección 1 se activa el circuito donde se encuentran los interruptores de los temas principales. En la sección 2 y 3 se definen dos timers que sirven para poder encender o apagar las cargas (motores y etiquetas de los temas). Ver figura 4.12.

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Figura 4.12 Sección donde se activa el circuito donde se localizan los interruptores de los temas

En la sección 4 se selecciona el circuito donde se localiza el motor de pasos, el motor de CD y las tres etiquetas de los temas. En la sección 5 se selecciona un circuito que físicamente no existe. Este cambio es para dejar activada la carga; por ejemplo se puede desplegar el teclado matricial. Ver figura 4.13.

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Figura 4.13 Sección donde se activa el circuito donde se localiza el motor de pasos, motor de CD y etiquetas de temas

En la sección 7 se selecciona el circuito donde se localizan las líneas de entrada del teclado matricial para poder seleccionar el subtema. En la sección 8 y 9 se selecciona los mismo circuito de salida para poder plegar el teclado. Ver figura 4.14

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Figura 4.14 Sección donde se activa el circuito donde se localizan los interruptores de los subtemas

En las secciones 10, 11, 12 y 13 se definen los timers que se utilizaron para poder cambiar entre cuatro circuitos a la vez (se leen los 32 estados de la república). En la secciones 14, 15, 16 y 17 a diferente tiempo se seleccionan cada uno de los circuitos donde se localizan cada grupo de ocho sensores de toque. Ver figuras 4.15, 4.16 y 4.17.

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Figura 4.15 Sección donde se definen los tres timers para poder cambiar de circuito

Figura 4.16 Sección donde se define el cuarto timer y se leen el primero y el segundo circuito donde se localizan los sensores de toque

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Figura 4.17 Se leen el tercero y cuarto circuito donde se localizan los sensores de toque

Capítulo 5

Pruebas y Resultados Al momento de implementar el módulo se tomaron en cuenta varios factores que influyen para que el proyecto funcione adecuadamente: Se construyo el módulo con la finalidad de tener una forma física llamativa para niños de primaria y secundaria. Dicho módulo se hizo de materiales resistentes y duraderos para uso rudo. Para poder mover el panel donde se encuentra el teclado matricial se tuvo que investigar que tipo de mecanismos pueden hacer desplegar dicho panel. Después se implementó un mecanismo parecido al que se utiliza en las impresoras de tinta, para poder mover el cartucho de tinta. Para poder elevar el panel donde se encuentra el mapa de la república se probó con un mecanismo a base de un engrane en la parte inferior del panel y un motor acoplado a una cadena, para poder mover el engrane que esta fijo al panel. El mecanismo anterior no bastó para poder elevar el panel, así que, se tuvo que implementar otro mecanismo, el cual consta de un cable que se encuentra fijo a la parte superior del panel, se encuentran poleas que auxilian al cable para poder elevar el panel. Un motor de CD se encarga de elevar el panel, al momento de girar el cable se enreda en la flecha del motor. Al momento de diseñar los circuitos impresos se tomó en cuenta de que manera se pueden sustituir si alguno fallara y así no tener que cambiar toda la circuitería. Antes de ensamblar la circuitería se probó cada circuito impreso para comprobar su adecuado funcionamiento.

67 Al momento de programar el PLC, para poder activar las cargas, en un principio se programó de la siguiente forma: primero lee las entradas de cada uno de los circuitos 74LS244 y después activa las cargas correspondientes. En el caso de los sensores de toque: si se leía algún sensor que estaba activado, se apagaban los otros estados y se activaba el estado que oprimió, esta forma causaba algunos parpadeos en los focos de los otros estados los cuales no se había oprimido y movimientos en los motores; esto se debía a que se activan los focos del panel del mapa en grupos de ocho y al momento de activar un sensor se enviaba a otros circuitos 74LS273 la misma señal que activa al foco del estado correspondiente. Al momento de mandar los datos para activar las cargas solamente se utilizó la entrada de reloj del circuito 74LS273. Para poder solucionar el problema anterior se tuvo que controlar el reset de cada circuito 74LS273, para que así se pueda activar solamente el circuito en donde se encuentra la carga y desactivar los demás circuitos 74LS273. Terminado el módulo se puso en funcionamiento para ver que cada carga se activara o desactivara a su debido tiempo, esto en un largo periodo de tiempo para simular que pasaría al momento de exhibirlo. El PLC cuenta con salidas de relevador, esto ocasiona sonidos que no son muy agradables al usuario y con el tiempo se van desgastando y podrían causar errores al momento de utilizarlo.

5.1

Acabado final del módulo

El módulo final consta de tres paneles y una pantalla que despliega información: el primero se compone de tres interruptores con los cuales se puede seleccionar uno de tres temas (Recursos naturales, Climas, Atractivos). Al momento de iniciar el sistema se despliega en pantalla la bienvenida y la invitación para que el usuario pueda manejar el módulo (ver figura 5.1).

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Figura 5.1 Interruptores de los temas y pantalla de bienvenida

Después de que seleccione alguno de los tres temas principales; se encenderá una de las tres etiquetas que indica cual tema se ha seleccionado y se desplegará el teclado matricial (segundo panel) y cambiará la pantalla (ver figura 5.2), la cual contiene las instrucciones para poder seleccionar algún subtema dependiendo de la selección de tema previo. Para que el usuario pueda elegir el subtema se debe de presionar algún interruptor del teclado matricial, apoyándose de las instrucciones en pantalla. Finalmente, al momento de seleccionar algún subtema se plegará el teclado matricial y se elevará el tercer panel, donde se encuentra el mapa de la república mexicana con sensores (ver figura 5.3). El usuario podrá saber mas información sobre el algún estado en específico dependiendo del tema y subtema elegidos con anterioridad. Al momento que el usuario toca algún estado, éste se enciende para indicar cual estado ha sido seleccionado (ver figura 5.4). El módulo trabaja de forma cíclica ya que al momento que deja de ser usado automáticamente se reinicia el sistema para que el usuario pueda elegir algún tema.

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Figura 5.2 Teclado matricial y subtema climas

Figura 5.3 Panel del mapa

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Figura 5.4 Climas de Zacatecas

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Conclusiones Se investigó acerca de los módulos existentes en los diferentes museos interactivos, y en la mayoría de ellos se manejan exhibiciones donde los temas principales son ciencias exactas y debido a que se tuvo la experiencia de trabajar en uno de estos museos surgió la idea de diseñar una exhibición donde el tema a tratar es “Riquezas de la Republica Mexicana”.

Se diseñó y construyó un módulo que puede ser una exhibición interactiva que cuente con tecnología similar a la que utilizan algunos módulos extranjeros, pero siendo mucho más barato con lo cual se comprueba que existe en nuestro país la capacidad de crear y hacer este tipo de sistemas complejos que sirven como instrumento de apoyo a las instituciones educativas. El módulo es de operación sencilla y requiere poco mantenimiento, y sólo se necesita una capacitación muy sencilla al personal encargado del módulo.

Durante el proceso se diseñaron y probaron varios mecanismos para lograr que el sistema funcionara de acuerdo a lo que se planteó en un principio. Finalmente se implementó un mecanismo que tiene las características que cubren los requerimientos del sistema.

Los circuitos de manejo del módulo pueden ser fácilmente reemplazables en caso de que resulten dañados por el uso del sistema.

Los mecanismos con que cuenta el módulo sirven para que el usuario pueda tener un determinado orden en la selección de información, facilitando así el manejo del módulo por cualquier persona.

72 Al momento de multiplexar las señales de entrada y demultiplexar las señales de salida, el PLC puede leer hasta ocho veces más datos de entrada y puede activar hasta ocho veces más cargas.

El módulo del CPU utilizado tiene salidas con relevadores, los que producen un ruido molesto al funcionar. Es recomendable usar un CPU que tenga salidas con transistores, para eliminar ese ruido.

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Trabajo a futuro El prototipo tiene una estructura definida, sin embargo se le pueden hacer mejoras tales como: • Agregar más temas a elegir por el usuario. • Hacer la circuitería de forma más compacta: se puede diseñar una tableta de circuito impreso que ocupe menos espacio. • Construcción del módulo de tal forma que sea más ligero y más compacto para facilitar su traslado. • Se pueden fabricar sistemas interactivos que contengan sensores de toque en el tablero con el mapa de la República Mexicana, para facilitar el uso del módulo. • Reemplazar los PLCs por otro dispositivo de control, para que el módulo sea de más bajo costo. Se sugiere que se realice una labor de difusión sobre este módulo para que sea conocido en museos y centros educativos, y así pueda ser aprovechado como una herramienta de aprendizaje.

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Apéndice A: Hojas de datos

Figura A.1 74LS138

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Figura A.2 74LS244

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Figura A.3 74LS273

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Figura A.4 74LS32

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Figura A.5 74LS08

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Figura A.6 74LS02

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Figura A.7 NE555

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Figura A.8 LM324

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Figura A.9 Tip 31

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Figura A.10 Tip 35

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Figura A.11 L297

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Figura A.12 L298

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Apéndice B: Manual del operador El usuario debe de tener en cuenta que los mecanismos y los materiales de los paneles tienen vida útil diferente. La vida útil depende del cuidado que se le dé. El panel del mapa es el que se tiene que cuidar mas que los demás materiales. Ver figura B.1.

Figura B.1 Panel del mapa

Al momento de interactuar con el módulo se debe de seguir una secuencia, ya que está programado para que el usuario pueda entender los tópicos de forma coherente. Al momento de prenderlo o seleccionar alguna opción, se deben de leer las instrucciones que se presentan en pantalla, ahí explica que pasos se debe de seguir para interactuar, cabe aclarar que en el documento se describe el funcionamiento del módulo. Para tener un módulo con una vida de uso prolongado, se le deben de dar los cuidados necesarios. Se debe de verificar si los interruptores, el teclado, así como los sensores de toque activan los mecanismos o focos correspondientes. También puede suceder que la información cambia en el monitor, pero ningún mecanismo funciona, esto puede ser que se hallan dañado alguno de los circuitos que hace que funcionen. A continuación se describen algunos de los problemas que puedes surgir al momento de utilizar el modulo, y como solucionarlos. Antes de empezar a interactuar se deben de poner los PLCs en RUN para que se pueda ejecutar el programa. Ver figura B.2.

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Figura B.2 PLC S7-200 CPU 214

Si al momento de interactuar no cambia de pantalla ni se activa ninguna etiqueta o enciende algún estado puede ser porque se dañó alguno de los siguientes circuito: 74LS244, 74LS138 o LM324. Se tendrá que sustituir alguno de los circuitos mencionados, los circuitos 74LS138 y 74LS244 están ubicados en la placa central que esta en la parte inferior del panel del mapa y el circuito LM324 se encuentra en cada una de las dos placas que se encuentran al lado izquierdo de los PLCs; en dichas placas también se encuentran cuatro Tip 35. Hay que tomar en cuenta que para poder sustituir algún circuito, se debe se cambiar por la parte trasera del módulo, ya que se dificulta si se trata de sustituir por otra parte del módulo y podrían dañarse otros elementos del módulo. Ver figuras B.3 y B.4.

Figura B.3 Placa que contiene los circuitos 74LS138 y 74LS244

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Figura B.4 Placa que contiene uno de los circuitos LM324

Si al momento de oprimir algún interruptor de tema principal surge alguno de los siguientes problemas: Cambia la pantalla y se despliega el teclado de subtemas, pero no enciende la etiqueta de subtema (las etiquetas se ubican en la parte frontal del módulo); se deberá de verificar que están bien montados los focos de las etiquetas. Si aún no enciende alguna de las etiquetas se deberá de reemplazar el foco por uno nuevo. Cambia la pantalla y se enciende la etiqueta del tema, pero no se despliega el teclado de subtemas; se deberá de cambiar alguno de los siguientes circuitos: NE555, L297 o L298, se localizan en una placa que esta al lado izquierdo de los PLCs. Ver figura B.5.

Figura B.5 Placa que contiene los circuitos NE555, L297 y L298

No se enciende alguna de las etiquetas, ni se despliega el teclado, ni cambia la pantalla; se tiene que cambiar alguno de los circuitos 74LS138 o 74LS273, se ubican sobre una estructura de madera que esta junto a la pared de las etiquetas de tema. Ver figura B.6.

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Figura B.6 Placa que contiene los circuitos 74LS138 y 74LS273

Si al momento de oprimir algún interruptor del teclado de subtemas existe alguno de los siguientes problemas: Cambia la pantalla, no se pliega el teclado y se eleva el panel del mapa; se deberá de cambiar alguno de los siguientes circuitos: NE555, L297 o L298, se localizan en una placa que esta al lado izquierdo de los PLCs. Ver figura B.5. Cambia la pantalla, se pliega el teclado de subtemas y no se eleva el panel del mapa; se tiene que cambiar el circuito LM324 que se encuentra en la placa que esta ubicada al lado derecho de los PLCs. Ver figura B.4. No cambia la pantalla, ni se pliega el teclado, ni se el eleva el panel del mapa; se tiene que cambiar alguno de los circuitos 74LS138 o 74LS273, se ubican sobre una estructura de madera que esta junto a la pared de las etiquetas de tema. Ver figura B.6. Si al momento de tocar alguno de los estados de la república existe alguno de los siguientes problemas: Cambia la pantalla pero no se ilumina ninguno de los estados; se tendrá que verificar si esta bien montado el foco correspondiente a cada estado. Se tiene que quitar los tornillos que sirven para fijar el acrílico, para poder accesar a los sockets de los focos. En este caso es cuando falla solamente unos cuantos focos. Ver figura B.7.

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Figura B.7 Panel del mapa sin el acrílico

Al momento de cambiar de estado no cambia la pantalla, y se queda prendido el estado anterior; se tiene que reemplazar el circuito NE555 correspondiente al sensor tocado. Las placas de los sensores se localizan debajo del panel del mapa, en la parte intermedia de la estructura. Ver figura B.8.

Figura B.8 Placa que contiene el circuito NE555

No se ilumina ningún estado, ni cambia de pantalla; se tiene que cambiar alguno de los circuitos 74LS138 o 74LS273, se ubican sobre una estructura de madera que esta junto a la pared de las etiquetas de tema. Ver figura B.6.

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Referencias [1] Fundación “La Caixa”. Pèndulum Marzo http://www.pendulum.es/museografia_modulos.html. 2008.

2001. Barcelona, España. Consultado en Febrero del

[2] Premontaje Fundación “La Caixa”. Pèndulum, Julio 2001. Barcelona, España. http://www.pendulum.es/museografia_modulos.html. Consultado en Febrero del 2008. [3] Museo Interactivo Mirador, 2004. Chile. http://www.mim.cl/perfiles/ninos/salas.php?sala=27. Consultado en Febrero del 2008. [4] Museo Interactivo de Xalapa. Xalapa, Veracruz. http://www.mix.org.mx/ecol2.html. Consultado en Febrero del 2008.

[5] Enciclomedia 2005. http://www.enciclomedia.edu.mx/Conoce_Enciclomedia/Que_es/Opciones_de_u Consultado en Marzo del 2008.

[6] TodoRobot 2000-2008. Argentina. http://www.todorobot.com.ar/informacion/tutorial%20stepper/step tutorial.htm. Consultado en Marzo del 2008. [7] Wikipedia “La enciclopedia libre”. http://es.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corriente_continua. Consultado en Marzo del 2008. [8] Manual Simatic S7-200. Siemens. Siemens AG 1998. Bereich Automatisierungs- und Antriebstechnik. Geschaeftsgebiet Industrie-Automatisierungssysteme. Postfach 4848, D-90327 Nuernberg.