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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE QUERÉTARO

Nombre del proyecto:

Banco de datos de posición geográfica y magnitudes de variables de una PUP (Purdue Utility Project).

Empresa PURDUE UNIVERSITY

Memoria que como parte de los requisitos para obtener el título de:

TECNICO SUPERIOR UNIVERSITARIO EN MECÁTRONICA ÁREA DE AUTOMATIZACIÓN

PRESENTA: C. Francisco Javier Cruz González

Asesor UTEQ

Asesor de la organización

ING.JOSÉ DE JESUS LORENZO ALEGRIA CERDA

DR. JONH LUMKES

Santiago de Querétaro, Oro. Octubre del 2014

I

Resumen El proyecto“Purdue Utility Project (PUP)”, es el proyecto principal que es construido con la finalidad de ser utilizado en de África (Camerún), zona seleccionada

por

su

rezago

educativo,

agricultura,

salud,

social,

en

infraestructura, industrial etc. Información basada en las investigaciones y los testimonios de personas que habitan este lugar. El Dr. Lumkes, profesor e investigador de Purdue University interesado en ayudar a estas personas, por lo cual hizo la propuesta que consistía en brindar una herramienta la cual consiste en brindar una herramienta, con la cual se pretende que sirva de apoyo en sus actividades cotidianas como son: el transporte de personas y las actividades agrícolas, de esta forma se intenta que dichas actividades sean realizadas de una manera más rápida, eficaz y sobre todo se pretende que la producción agrícola sea más productivas. Una de las herramientas que se consideró más relevante para esta zona fue; brindarles un vehículo, con el cual puedan trabajar la tierra, pero que este mismo sea útil para transportar alimentos y personas hasta sus hogares, cabe mencionas que los vehículos no deben superar una carga mayor a 600 kg ya que la zona en la es usado el vehículo no tiene una buena infraestructura, ya que no hay carreteras, solo hay algunos caminos de terracería y veredas, es por eso que tienen muchas irregularidades “baches”, es por eso que los vehículos son un tanto más

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pequeños que un auto comercial. Pero cuenta con las características técnicas ideales para moverse en ese tipo de terrenos. Este vehículo tiene que ser de fácil construcción, con material fácil de conseguir y a un precio accesible, por lo cual es construido principalmente de herrería y de algunas partes de vehículos comerciales que han sido abandonados. Este tipo de construcción tiene un beneficio extra, ya que es mucho más sencillo de reparar, casi por cualquier persona, de esta forma se producirá un ahorra al momento que el vehículo requiera de algún repuesto, puesto que la reparación será un bajo precio. El proyecto se dio a conocer por la Universidad de Purdue en el año 2007 y algunas otras Universidades de los Estados Unidos de América se interesaron en participar en el proyecto y así ayudar a personas de escasos recursos, así que se decidió convocar a una competencia en donde cada una de las Universidades debían presentar un vehiculó, este debe contar con las características especificadas, con la finalidad de evitar posibles desventajas o ventajas. Según los resultados arrojados por el registro de los daños que presentan estos vehículos arrojo que durante el transcurso del proyecto uno de los problemas más comunes en los vehículos se ha presentado en el motor, debido a que han alcanzado altas temperaturas, por lo que se hay desperfectos dentro del motor.

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Por los que se llegó a la conclusión que deberían de hacer un registro más detallado, con el cual sea posible obtener información más precisión acerca de los daños que ocurren en el vehículo y así encontrar la causa y posteriormente hacer modificaciones en caso de que sea necesario. La información que se desea tener en el registro es: en qué zona es conducido el vehículo y temperatura del motor, para poder comparar la información de la zona por la que transita el vehículo y detectar que tanta variación hay en la temperatura del aceite. La medida que se desea adoptar es: Hacer una base de datos con la magnitud de las variables que se consideran más importantes en el vehículo como es la temperatura, velocidad y las coordenadas geográficas, así que se va a instalar un GPS con el cual se obtiene la posición en la que encuentra el vehículo es decir: longitud, latitud, tiempo y fecha. Este registro servirá para saber en qué lugares es conducido el vehículos y la velocidad con la que lo hacen. También se tendrá el registro de que tanto aumenta la temperatura del motor tomando en cuenta el terreno en el cual es conducido.

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Description Purdue University is a big place where there are two different workplaces where I did my activities. The first place is big, clean, quiet, relaxing and it has big windows. The second one is big, comfortable with an excellent temperature to work. Dr. John Lumkes is the project manager. He is a friendly, responsible, sincere and honest person. He is tall, thin, young, blond, white skinned and blue eyed.

Francisco Javier Cruz González

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Dedicatorias En primera instancia a DIOS por otorgarme la vida y fortaleza para seguir adelante cada día y lograr mis metas. Sin importar las dificultades que esto implique, tengo la seguridad que con su ayuda y bendición se puede lograr todos los objetivos en la vida.

A mis Padres; por su amor y apoyo incondicionales hacia mí, y que sin su apoyo y su guía incondicional sin importar cual fuera el obstáculo a superar siempre están ahí, como mis dos ángeles mandados por dios, ya que de otra forma no podría haber llegado a ser una persona de bien.

A mis Hermanas de quien estoy muy orgulloso, y a pesar de algunas limitaciones nunca que han sido obstáculos para superar todo en la vida, y que gracias a todo su apoyo me he podido lograr mis metas y son tan suyas como mías al igual que las de toda mi familia ya que sin ellos tal vez nada de esto sería posible.

Ing. Jesús Rodríguez Coreño, José de Jesús Lorenzo Alegría Cerda, Salvador Francisco Acuña Guzmán, que sin su apoyo, no podría haber sido posible este proyecto del cual estoy infinitamente orgulloso y agradecido.

Ing. John Lumkes, por su apoyo y disposición a lo largo de la estadía, sus consejos me ayudaron de mucho y verdaderamente fue un placer coadyuvar con él en las actividades del Proyecto.

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A la Universidad Tecnológica de Querétaro y sus catedráticos, por brindarme los conocimientos técnicos para poder desempeñarme en el sector productivo.

A Purdue University, Department of Agricultural and Biological Engineering, por el apoyo ofrecido tanto en instalaciones y conocimiento, para el desarrollo de este proyecto.

GRACIAS!

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Índice RESUMEN ............................................................................................................................................ 2 DESCRIPTION ..................................................................................................................................... 5 DEDICATORIAS .................................................................................................................................. 6 ÍNDICE .................................................................................................................................................. 8 I INTRODUCCIÓN ............................................................................................................................. 10 II ANTECEDENTES ........................................................................................................................... 11

II.I Construcción del vehículo a lo largo del tiempo en Purdue University ......... 13 II.II Antecedentes del GPS ................................................................................................ 18 III JUSTIFICACIÓN ............................................................................................................................ 20 IV OBJETIVOS................................................................................................................................... 22 V ALCANCE ....................................................................................................................................... 23 VI ANÁLISIS DE RIESGOS .............................................................................................................. 24

VI.I Amef................................................................................................................................. 25 VII FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ................................................................................................. 26

VII.I Programar en Arduino ............................................................................................... 26 VII.II Software Google Earth ............................................................................................. 26 VII.II Página de internet GPSvisualizer .......................................................................... 26 VII.III Arduino UNO .............................................................................................................. 27 VII.IV Diagrama de Arduino .............................................................................................. 28 VII.V Microcontrolador ATMEGA328P-PU ................................................................... 29 VII. VI Características del microcontrolador ................................................................ 30 VII. VII Sensor DS18B20..................................................................................................... 31 VII.VIIISensor efecto hall micro 103SR19A-1 ............................................................... 32 VIII PLAN DE ACTIVIDADES ........................................................................................................... 38 IX RECURSOS MATERIALES Y HUMANOS ................................................................................. 40

IX.I Recursos Humanos. .................................................................................................... 40 IX.II Recursos materiales. ................................................................................................. 41 X DESARROLLO DEL PROYECTO ................................................................................................ 42

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X.I Código del sensor D18B20 ......................................................................................... 45 X.II Código del GPS ............................................................................................................ 49 XI RESULTADOS OBTENIDOS ....................................................................................................... 53

XI.I Lectura del GPS ............................................................................................................ 55 XII CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................................................. 62 XIII BIBLIOGRAFÍA

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I Introducción En este proyecto se implementó un dispositivo GPS tal y como se conocen actualmente, además de un sensor de temperatura para el aceite en el motor. Con dichos dispositivos se hará un registro de las variables con la finalidad de observar el comportamiento del aceite dentro del motor, tomando en cuenta el terreno por el cual es conducido el vehículo, de esta forma se tendrá un archivo con toda la información de los datos de las variables, esto solo cuando el vehículo este encendido, una vez que se apague el vehículo se cierra el archivo y cuando se encienda nuevamente se creará un nuevo archivo. Esto con la finalidad de distinguir un periodo de trabajo del otro, de esta forma en caso que el vehículo sufra algún daño se podrá revisar el registro de las rutas por las cuales fue conducido la última ocasión o incluso ir un poco más atrás, con la finalidad de saber si la falla fue debido al terreno, o se debió algún otro factor y en caso de ser así hacer un registro de las causas más frecuentes. La información estará almacenada en una tarjeta Micro-SD, solo se tiene que retirar la tarjeta Micro-SD del Arduino y así poder leerla en la PC, en un programa especial para el tipo de formato en el cual es almacenada la información, el archivo no ocupa mucho espacio en la tarjeta SD, así que se pueden almacenar hasta más de 2000 lecturas con una duración de 3 horas cada una de ellas.

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II Antecedentes El desarrollo de los proyectos comenzó en el transcurso del año 2006-2007, en ese año se presentó el primer proyecto, pero en esas fechas el tenia por nombre (Basic Utilitary Vehicle), el líder del proyecto es el Dr. John Lumkes investigador y profesor del departamento (Agricultural & Biological Engineering) en Purdue University, EE.UU. Que con la ayuda de los alumnos de ingeniería y de maestría, lograron hacer posible el proyecto, pero al principio el proyecto era muy diferente, ya que se utilizaba el chasis de un auto comercial abandonado que estaban considerados como desperdicio, por lo que su aspecto era más parecido a un auto convencional, pero ese tipo de estructura provocaba que el costo del vehículo fuera mayor, ya que las partes de un vehículo tienen un costo más elevado aun que estuvieran consideradas como desperdicio, por lo que contradecía el propósito del proyecto de “ ser un auto sustentable”, así que se buscaron alternativas, con el paso del tiempo y las investigaciones en la universidad por el profesor y su grupo de estudiantes, llegaron a la conclusión que el proyecto no era lo suficientemente viable utilizando ese tipo de material, ya que se producía un precio elevado. Además que presentaban algunos problemas en la tracción y dirección.

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La solución encontrada fue, hacer toda la estructura con acero ángulo A-36, de tal manera, que el vehículo es mucho más barato, fácil de armar, las piezas son fácil de encontrar y a un precio accesible. Esto hace que el vehículo sea ligero pero a su vez resistente. Así que, los siguientes proyectos que se realizaron a partir del año 2007 se construyeron con acero ángulo A-36. Otros aspectos que fueron cambiados fue la dirección, ya que al principio se estaba utilizando un volante, pero basado en las investigaciones que se realizaron, arrojaron que con el uso de un volante el vehículo estaba expuesto a daños más en la suspensión y dirección, ya que los terrenos por los cuales es conducido cotidianamente son muy irregulares y provoca un mayor impacto al momento de pasar por las ondulaciones del terreno, esto provoca que la dirección del vehículo se vea forzada y esté sujeta a sufrir daños, ya que se le aplicaba demasiada fuerza al momento de girar. Es por eso que decidieron utilizar una dirección similar a una bicicleta, con un manubrio, además de utilizar solo una llanta en la parte delantera, de esta forma se quita peso al vehículo y es más cómodo al momento de estar conduciendo en los poblados de Camerún.

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II.I Construcción del vehículo a lo largo del tiempo en Purdue University Construcción del vehículo en el año 2006-2007. En la ilustración 1 se aprecia cómo se trasportan estudiantes de la Universidad. En la ilustración 2 se podrá observar cómo es transportando el vehículo dentro de Purdue University.

Ilustración 1

Ilustración 2

Construcción del vehículo en el año 2007-2008. En la ilustración 3 se podrá observar al Dr. John Lumkes usando el vehículo en la compañía de niños de Camerún. En la ilustración4 se podrá observar el vehículo en Purdue University.

Ilustración 3

Ilustración 4

Construcción del vehículo en el año 2008-2009. En la ilustración 5 se podrá observar un vehículo cargando el tanque para transportar agua. En la ilustración

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6 se podrá observar cuando se está participando en la competencia, además se muestra un ejemplo de los terrenos en los que el vehículo es conducido en Camerún.

Ilustración 5

Ilustración 6

Construcción del vehículo en el año 2009-2010. En las ilustraciones siguientes se podrá observar la construcción del vehículo en Purdue University.

I

Ilustración 8

Ilustración 7

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Construcción del vehículo en el año 2010-2011. En la ilustración 9 se podrá observar el vehículo de Purdue University poco antes de comenzar la competencia.

Ilustración 9

Construcción del vehículo en el año 2010-2011 se podrá observar en la ilustración 10 el vehículo realizado por la competencia de Purdue University.

Ilustración 10

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Construcción del vehículo en el año 2011-2012.En la ilustración número 10 se podrá observar el vehículo poco antes de usarse, en la ilustración 12 se podrá observar cómo se llenan los tanques de agua usando el motor del vehículo, esto es muy importante, ya que no es usar un motor independiente.

Ilustración 12

Ilustración 11

Construcción del vehículo en el año 2012-2013. En la ilustración 13 se puede ver como el vehículo está usando el arado para sembrar y en la ilustración 14 se puede ver sin el arado y donde se transportan dos personas.

Ilustración 13

Ilustración 14

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Construcción del vehículo en el año 2013-2014. En la ilustración 15 se podrá observar a un alumno lavando el vehículo después de la competencia. En la ilustración 16 se podrá observar el vehículo construido por otra universidad.

Ilustración 16 Ilustración 15

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II.II Antecedentes del GPS El dispositivo GPS es un nuevo elemento que se desea utilizar en el vehículo. El GPS, es un sistema de posicionamiento global, el cual se ha hecho muy popular como un sistema de navegación personal. Los primeros elementos usados para crearlo fueron desarrollados en 1959, pero pasaron varias décadas antes de que la tecnología fuera totalmente operacional. Para que esto llegara a ser posible ocurrieron muchos acontecimientos, como el de los antiguos marineros que confiaban en los compases y las estrellas para que los guiaran a su destino. Los antiguos se guiaban con el sol, la luna y las estrellas. Medían con un sextante el cual serbia como ayuda para su navegación. En el siglo XX, se usaban las ondas de radio como parte del sistema de navegación. Pero con el paso del tiempo se pretendía tener una mejora continua, así que se comenzó a tener un propósito en común, algunos países se unieron con el mismo propósito, pero aun no tenía el nombre de GPS.

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La idea del GPS surgió por primera vez entre los militares en 1973, ya que los estudios anteriores a ellos tenían otros fines y no precisamente un localizador. El primer satélite, llamado NAVSTAR 1 (un anacronismo de Navigation Satellite Timing and Ranging - Satélite de tiempo de navegación y alcance), fue lanzado en 1978 y en los siguientes 14 años se lanzaron 22 satélites más. Para concluir con este proyecto en 1993, la fuerza aérea de los Estados Unidos de América lanzó el último satélite que se necesitaba para completar los 24 que orbitan alrededor de la Tierra. Desde entonces fueron disparados satélites adicionales para realzar y refinar el sistema GPS. En la actualidad, las unidades de GPS están disponibles y son accesibles al público. La aparición de estos dispositivos ha sido una nueva forma de visitar nuevos lugares incluso sin ir a estos lugares, ya que se puede navegar con la ayuda del buscador y ver estos lugares tal y como si estuvieras ahí, además que se puede obtener las coordenadas exactas del lugar.

1918

III Justificación Debido al desgaste que se presenta en los vehículo, localizado principalmente en el motor y la dirección, este problema llamo la atención de los diseñadores del proyecto, una de sus preguntas era ¿porque era tan común esos problemas? solo en esos dos elementos del vehículo, así que se dio la tarea de investigar la causa que estaba provocando dicho desgaste e intentar reducirlo; alguna de las hipótesis que surgieron en dicha investigación fue que probablemente los vehículos estaban siendo usados durante un tiempo muy prolongado. Lo que se sabe con certeza es que el vehículo en la mayoría de las ocasiones es conducido por caminos muy irregulares, además de que va con un exceso de peso, ya sea que lo estén utilizando como transporte de personas o bien de algún alimento, estos factores provocan un mayor esfuerzo en el motor, por lo tanto se produce un desgaste mucho mayor en el vehículo. Pero no solo al motor, ya que también provoca un mayor esfuerzo en la dirección al momento de girar, puesto que el vehículo lleva un peso mucho mayor al que está permitido para este tipo de estructuras, aunado a esto se agrega la variable de la velocidad con la cual realizan las vueltas, porque entre mayor velocidad, mayor esfuerzo en la dirección.

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Pero esto solo es una hipótesis, ya que no hay algún registro con los cuales sea posible validar dicha hipótesis. Así que es necesario hacer un registro con el cual hacer valido dicha hipótesis, una solución que se encontró al problema fue; primero que nada conocer exactamente cuál es la magnitud de temperatura del aceite en motor y una muy importante, es la localización del vehículo, ya que al tener la localización del vehículo se podrá

hacer una aseveración con

argumentos más sólidos de los problemas en el motor y probablemente también en la dirección. Así que la forma de hacer esto es: implementar un localizador GPS y un sensor de temperatura, para hacer el almacenamiento de los datos se realiza como primera instancia en una tarjeta Micro SD, donde se crea un archivo correspondiente a cada ocasión en la cual el vehículo es encendido.

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IV Objetivos. Obtener la magnitud de variables en un vehículo como la temperatura del aceite, la velocidad y la posición geográfica del vehículo, es decir obtener la longitud, latitud, tiempo, fecha y velocidad con la que se mueve el vehículo. Esta información se deberá obtener en tiempo real. Para esto el dispositivo se deberá de estar conectado al satélite, por medio del cual se obtendrán los datos. Además la información se deberá almacenar en una tarjeta Micro-SD, en un archivo diferente correspondiente a cada vez en que es encendido el motor. IV.I Objetivos específicos. 

Tener la localización exacta del vehículo, latitud, longitud, tiempo,

fecha, velocidad. 

Tener una base de datos con las rutas de los vehículos.



Información a que temperatura es operado el motor.



Ver de manera gráfica toda la ruta del GPS.



Con la información, obtener posibles causas de las fallas en el

motor y la estructura en general.

22 21

V Alcance Hacer un banco de adquisición de datos, con la cual adquirir una serie de variables como son: un localizador GPS, tarjeta Arduino UNO, sensor de temperatura. Con el GPS se obtiene la información de su posición geográfica, por lo que en la base de datos se obtendrá la longitud, latitud, tiempo, fecha y velocidad. La información se obtendrá cuando la antena del GPS se conecta con el satélite más cercano, estará tomando una lectura con una frecuencia de 1 Hz (la frecuencia puede ser aumentada si es utilizado en vehículos que alcanzan altas velocidades o simplemente se desea tener un muestreo mayor), el GPS debe ser instalado en el vehículo, de tal forma que este aislado de agua, tierra, con la finalidad que las personas que usan los vehículos, esto para evitar daños en el GPS. De igual manera se registre la temperatura en el aceite del motor. La información obtenida se almacenara en una tarjeta Micro-SD para después convertirlo en un formato Kmz, usando este tipo de formatos, se introduce a una página de internet, por medio de la cual es posible apreciar la ruta por la que fue conducido el vehículo, también se puede apreciar el terreno para apreciar que tantas irregularidades tiene. La base de datos tiene la finalidad de encontrar las causas de las fallas más frecuentes en los vehículos e intentar remediarlo, de la misma manera se va tener una estimación del tiempo que el vehículo esta encendido.

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VI Análisis de riesgos Algunos de los problemas que se presentaron en el desarrollo del proyecto son los siguientes

ANÁLISIS DE RIESGOS RIESGO POSIBLE SOLUCIÓN Demora en los trámites de visa, por lo Tenar una mejor organización entreguen cual era posible viajar.

resultados de los beneficiarios así como el apoyo económico en un tiempo menor.

Demora en hacer los trámites de registro Realizar un análisis más completo en el cual en la universidad y el conocer al profesor tomen todos los factores que puedan afectar encargado del proyecto.

el proyecto como son los días feriados.

Demora en comprar el material.

Tener material extra con anticipación por posibles fallas en el material ya sea por su uso o de fábrica.

Falta de tiempo para desarrollar el En caso de hacer un intercambio internacional proyecto.

iniciar los trámites con tiempo de anticipación y evitar que reduzcan el tiempo para el proyecto.

Tener más apoyo de los asesores de las No poner tanto trabajo a una sola persona, ya dos instituciones.

que no los dejan que se enfoquen en una cosa.

Tabla 1

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Es muy importante que se tomen en cuenta estos riesgos por los alumnos y las instituciones, ya que uno de los problemas más frecuentes es la falta de tiempo para desarrollar el proyecto y evitar que los alumnos se vean afectados, pero también las instituciones, ya que si el alumno no cumple con los requerimientos que se le solicitan por la institución, a su vez afectara a la institución.

VI.I Amef

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VII Fundamentación teórica VII.I Programar en Arduino Se utiliza esta herramienta, porque se ésta trabajando con productos Arduino, así que es más practico al usar las librerías especiales para productos Arduino que ya están cargadas y algunas otra solo es necesario cargarlas al software, de esta manera el código es mucho más corto y de fácil comprensión en caso que se requiera realizar modificaciones, la lectura es más sencilla de tal manera que la modificación se puedan hacer de una manera más

rápida y sencilla. Este

software es muy utilizado principalmente en el are de proyectos en las universidades o centros de desarrollo por su novedoso y fácil lenguaje de programación. VII.II Software Google Earth Es un software utilizado para leer los datos arrojados por el GPS de manera gráfica, previamente transformados en un archivo tipo Kmz, en el sitio de internet www.gpsvisualizer.com de esta forma se puede apreciar la ruta por la cual paso el dispositivo. VII.II Página de internet GPSvisualizer Este sitio de internet se utiliza para transformar los archivos guardados en la tarjeta Micro-SD de tipo (tex a Kmz), ya que solo ese formato es el que se requiere para apreciar las variables en el lugar y la hora en que pasaron las cosas.

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VII.III Arduino UNO Tarjeta la cual es utilizada para realizar diferentes proyectos, por su comodidad y sus múltiples conexiones con las que cuenta para hacer este trabajo mucho más rápido y eficiente. Esta tarjeta tiene un microcontrolador, comunicación serial, entrada para alimentación de corriente directa con una batería externa o bien de la PC.

Ilustración 16

27 26

VII.IV Diagrama de Arduino

Ilustración 17

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VII.V Microcontrolador ATMEGA328P-PU

Illustration 18

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VII. VI Características del microcontrolador • High Performance, Low Power AVR® 8-Bit Microcontroller • Advanced RISC Architecture – 131 Powerful Instructions – Most Single Clock Cycle Execution – 32 x 8 General Purpose Working Registers – Fully Static Operation – Up to 20 MIPS Throughput at 20 MHz – On-chip 2-cycle Multiplier • High Endurance Non-volatile Memory Segments – 4/8/16/32K Bytes of In-System Self-Programmable Flash program memory (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) – 256/512/512/1K Bytes EEPROM (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) – 512/1K/1K/2K Bytes Internal SRAM (ATmega48PA/88PA/168PA/328P) – Write/Erase Cycles: 10,000 Flash/100,000 EEPROM – Data retention: 20 years at 85°C/100 years at 25°C (1) – Optional Boot Code Section with Independent Lock Bits In-System Programming by On-chip Boot Program True Read-While-Write Operation – Programming Lock for Software Security • Peripheral Features – Two 8-bit Timer/Counters with Separate Prescaler and Compare Mode – One 16-bit Timer/Counter with Separate Prescaler, Compare Mode, and Capture Mode – Real Time Counter with Separate Oscillator – Six PWM Channels – 8-channel 10-bit ADC in TQFP and QFN/MLF package Temperature Measurement – 6-channel 10-bit ADC in PDIP Package Temperature Measurement – Programmable Serial USART – Master/Slave SPI Serial Interface – Byte-oriented 2-wire Serial Interface (Philips I2 C compatible) – Programmable Watchdog Timer with Separate On-chip Oscillator – On-chip Analog Comparator – Interrupt and Wake-up on Pin Change • Special Microcontroller Features – Power-on Reset and Programmable Brown-out Detection – Internal Calibrated Oscillator

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– External and Internal Interrupt Sources – Six Sleep Modes: Idle, ADC Noise Reduction, Power-save, Power-down, Standby, and Extended Standby • I/O and Packages – 23 Programmable I/O Lines – 28-pin PDIP, 32-lead TQFP, 28-pad QFN/MLF and 32-pad QFN/MLF • Operating Voltage: – 1.8 - 5.5V for ATmega48PA/88PA/168PA/328P • Temperature Range: – -40°C to 85°C • Speed Grade: – 0 - 20 MHz @ 1.8 - 5.5V • Low Power Consumption at 1 MHz, 1.8V, 25°C for ATmega48PA/88PA/168PA/328P: – Active Mode: 0.2 mA – Power-down Mode: 0.1 µA – Power-save Mode: 0.75 µA (Including 32 kHz RTC)

VII. VII Sensor DS18B20 El termómetro digital DS18B20 ofrece 9 bits para mediciones de temperatura Celsius 12 bits y tiene una función de alarma con programable por el usuario no volátil puntos de activación superior e inferior. El DS18B20 comunica a través de un bus 1-Wire que, por definición, requiere sólo una línea de datos (y tierra) para la comunicación con una central de microprocesador. Tiene una temperatura de funcionamiento rango de -55 ° C a +125 ° C y tiene una precisión de ± 0,5 ° C en el rango de -10 ° C a +85 ° C. en Además, el DS18B20 puede derivar energía directamente desde la línea de datos ("poder parásito"), eliminando la necesidad de una fuente de alimentación externa.

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Ilustración 19

VII.VIIISensor efecto hall micro 103SR19A-1 103SR Serie de efecto Hall sensores de posición son completamente sellados en los bujes de aluminio con rosca, La salida puede ser conectado directamente a la mayoría circuitos electrónicos tales como microprocesadores, lógica integrada, transistores discretos y SCR con especificaciones de voltaje compatibles.

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Ilustración 20

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X-tronic model #4040 El Nuevo 2014 X-TRONIC MODELO # 4040-XTS tiene muchas nuevas características que te mantendrá en las filas de una de las mejores estaciones de trabajo de aire caliente que se venden en el mercado de EE.UU. hoy en día. Este nuevo modelo cuenta ahora con todo el nuevo frontal de aluminio cepillado con una pantalla de tubo de LED azul y un switch Centígrados / Fahrenheit recién agregado que se selecciona fácilmente con sólo pulsar un botón. El # 4040-XTS ahora también cuenta con magia tecnología de compensación de temperatura, que es el resultado de la incorporación de PID (Proporcional Integral Derivativo,) Tecnología en este producto. Esto permite la corrección rápida de la temperatura (en milisegundos) para mantener la estabilidad de temperatura de la punta en cualquier Junta IC que está trabajando. A 60 vatios de soldadura La producción de hierro con el rango de temperatura de 200 ° C - 480 ° C / 392 ° F -. 896 ° F con un cordón de silicona de 54"que prácticamente no tiene memoria de detección de temperatura inteligente, protección de circuito abierto, protección contra cortocircuitos, y protección de sobrecarga.

33 34

Ilustración 21

Incluye un cautín XTRONICTM, soldador holder y pistola de aire caliente con "AUTO ENFRIAMIENTO" es importante tener en cuenta que los soldadores ahora tiene cables de silicona 54 pulgadas - 60 pulgadas desde la punta del soldador al Plug. Estos nuevos cordones de silicona son extremadamente flexibles y se pueden mover con gran comodidad. Esto es realmente cómodo al igual que todas sus nuevas características.

Ilustración 22

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En caso que se requiera de hacer una soldar algunos cables o lugar específico y difícil de acceder a él tiene pintas especiales con las cuales es mucho más práctico, rápido y eficiente al momento realizar la unión de las dos partes, en la siguiente ilustración se muestran algunos de accesorios los cuales se pueden utilizar. Antena GPS

Para darle el último impulso GPS V3 con esta antena activa externa. Esta antena GPS recibe aproximadamente 10 mA y le dará un adicional de 28 dB de ganancia. Tiene un cable de 5 metros de largo por lo que será fácil llegar a donde quiera que lo necesite. La antena es magnética por lo que se adhieren a la parte superior de un coche o camión (o cualquier otra estructura de acero). Viene con un conector estándar de SMA en el extremo. Si desea conectarse a nuestro módulo GPS V3, solo es necesario de asegurarse de contar con un adaptador uFL a SMA. Esta hasta es muy práctica ya que con este dispositivo se puede ocultar el GPS de tal manera que este seguro y evitar algún desperfecto en él y de esta manera solo la antena esta fuera y obteniendo las coordenadas a través de la conexión del satélite.

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Este cable adaptador de RF es muy útil para cualquier persona que hace el trabajo de RF. Muchas veces, pequeños dispositivos electrónicos ahorran espacio por tener un conector u.FL pick-and-ubicable (también llamado uFL, IPEX, IPAX, IPX, MHF, y AM). Pero la mayoría de las antenas tienen conectores SMA o RP-SMA en ellos. Este pequeño cable va a tender un puente sobre los dos.

Ilustración 24

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VIII Plan de actividades 37

Para terne una organización de las actividades que se van a realizar durante el proyecto es necesario hacer un desglose de estas actividades, tomando en cuenta cual hay que realizar primero dependiendo de las importancia de cada una de ellas, la duración y el orden en que se deben de realizar cada una de ellas.

Tabla 1. Diseño del Diagrama de Gantt

37

38

Tabla 3. Diseño del Diagrama de Gantt

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IX Recursos materiales y humanos IX.I Recursos Humanos. En el desarrollo del proyecto el cual está adscrito se estuvo trabajando con alumnos de ingeniería en agricultura y electrónica los alumnos quienes en el año del 2013 estuvieron en Camerún haciendo entrega de los vehículos, Jeremiah D Cottongim, Josh Scott, Tyler Helmus, Jordan Garrity, David Wilson dirigidos por el Dr. John Lumkes quien es profesor del departamento de ingeniería y biología de la universidad de Purdue y responsable directamente del proyecto. Recursos Humanos Nombre

Puesto

José de Jesús Lorenzo Alegría Cerda

Asesor del proyecto de la UTEQ Encargado del almacén Purdue University y

Tyler Helmus estudiante de Maestría en Purdue Jeremiah D Cottongim

Estudiante de Ingeniería en Purdue

Josh Scott

Estudiante de Ingeniería en Purdue

Jordan Garrity

Estudiante de Ingeniería en Purdue

Dr.Jonh Lumkes

Asesor del proyecto de Purdue

Francisco Javier Cruz González

Estudiante TSU en Mecatrónica Tabla 4

40 39

IX.II Recursos materiales. Para realizar el proyecto se estuvieron utilizando algunas herramientas con las cuales se apoyó para realizar algunas de las actividades necesarias como es: soldar los sensores en el Arduino, y la instalación en el vehículo. Recursos materiales en dólares Cantidad Descripción 1 Laptop 1 Arduino UNO 1 Adafrit Ultimate GPS+Logging shield 1 Micro SD 1 Sensor DS-18B20 1 Software Arduino 1 Software Google Earth 4 Leds 1 Adaptador de Micro SD 10 Jumper wires 100mm faleme 1 sensor Hall 10 Jumpers wires 100mm male 1 Antenna 1 Adaptador uFL a SMA 1 cable de red Total

Tabla 5

40 41

costo 920 28.45 92.47 12 86.2 180 0 2 10.2 4.13 169.25 3.84 12.95 3.95 8 1533.44

X Desarrollo del proyecto El proyecto se estuvo desarrollando en el departamento de Agricultural & Biological Engineering (ABE), en donde se encuentra el laboratorio de electrónica, en donde se trabaja toda la parte electrónica de los proyectos. En departamento de Agricultural Innovation Center (ADM) se encuentran los vehículos y las herramientas para hacer las modificaciones que requieren los vehículos. Se realizó una reunión con el líder del proyecto y los responsables del proyecto, con la finalidad de llegar a un acuerdo. En el cual se designó un responsable directo de una acción específica. De igual manera se mostraron los documentos de proyectos anteriores los cuales servirían de apoyo en la construcción del nuevo modelo. Otro punto de discusión fueron las nuevas características que deberían ser implementadas. En las siguientes páginas se describe la implementación de una de ellas, la cual es la implementación del localizador GPS, sensor de temperatura. Se establecieron ciertas características con la que debía contar, como por ejemplo: rango de temperatura, frecuencia de muestreo tipo de material a utilizar.

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Se realizó la instalación del software Arduino y de las librerías que son necesarias para realizar el almacenamiento en la tarjeta Micro SD, localización vía GPS, librerías para el uso de los sensores. Las cuales son mostradas a continuación, al

igual

que

el

sitio

web

donde

se

pueden

hacer

la

descarga,

https://github.com/adafruit/Adafruit-GPS-Library

OneWire.h SPI.h Adafruit_GPS.h SoftwareSerial.h SD.h avr/sleep.h

// sensor de temperatura DS 18B20 // Tarjeta Micro SD // Localizador GPS // Localizador GPS //Tarjeta Micro SD // Localizador GPS

Una vez que se cuenta con las librerías que se mencionan anteriormente, es importante conocer las características técnicas de los sensores, la tarjeta Arduino y el GPS. Como es el intervalo de trabajo de los sensores, intervalo de corriente y tensión de entrada al dispositivo, así como también que tensión manda al Arduino esto para evitar una sobre corriente y en casi se ser necesario limitarla. Código de colores en los cables del sensor. Todo esto se realiza con la finalidad de evitar una mala conexión o posibles daños en los dispositivos, ya sean emisores o receptores de información traducida en una diferencia de potencial.

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En la siguiente ilustración muestran las partes del Arduino, con la finalidad de que poder ubicarlas en la tarjeta Arduino al momento de trabajar con ello.

Ilustración 25

De igual manera se muestra en la ilustración número 26 las terminales del sensor de temperatura (DS18B20), con sus respectivos colores, se colocó un comentario para indicar que función tiene cada uno de dichas terminales, además muestra si la conexión es directa al Arduino, o es necesario agregar algún dispositivo.

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Ilustración 26

Nota: Para desarrollar el código del programa es en lenguaje C, ya que el compilador de Arduino al igual que muchos otros compiladores, es el tipo de lenguaje que se utiliza.

X.I Código del sensor D18B20 Ahora bien se iniciará el código del programa “se explicaran por códigos separado, es decir código de sensor y código del GPS por separado”, así que se explicará primero el código del sensor. Primero deben de escribirse las librerías necesarias para el programa y las variables que se van a utilizar dentro de él, tal y como es mostrado a continuación. Al final de cada instrucción se colocó un comentario, se puede distinguir porque es de color verde, ahí indica para que sirve cada una de ellas.

#include #include #include const int chipSelect = 4; int sensorPin = 2;

// Tarjeta Micro SD //Tarjeta Micro SD // sensor de temperature DS 18B20 //pin para detectar la SD //señal de sensor pin digital2

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Ahora se comienza la parte de void setup, en esta parte donde se realizara la configuración de los pines del microcontrolador, la comunicación serial. Los pines se configuran como entrada o salida, dependiendo el uso que se le dará a cada uno de ellos.

Serial.begin(115200);

//Velocidad serial en Baud

pinMode(sensorPin,INPUT); // Se declara el pin llamado “sensorPin” como entrada pinMode(chipSelect,OUTPUT);

// Se declara el pin llamado “chipSelect” como salida

Serial.println("Initialization card"); // Se manda un comentario mediante comunicación serial mostrando que se esta inicializando la tarjeta SD pinMode(CS_pin,OUTPUT); // Se declara el pin llamado “CS_pin” como salida if(!SD.begin(CS_pin))

//pregunta si la tarjeta está colocada en su lugar

{ Serial.println("Card is Failed"); //En caso que la tarjeta no esté en su lugar, muestra el enunciado return;

//Regresa y nuevamente lee si esta la Micro-SD

} Serial.println("Card is Ready"); muestra el enunciado

//En caso que la tarjeta este en posición

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La parte del programa llamada void loop es la parte donde se escriviran las instrucciones que se ejecuten en el programa, es decir todas aquellas instrucciones para el microcontrolador, en esta parte donde se procesa la información obtenida por el microcontrolador y se decide que se hará con dicha información.

void loop() { float temp = getTemp(); //Obtiene la magnitud de la variable del sensor String dataString = ""; File dataFile = SD.open("log.tex",FILE_WRITE); //pregunta si el archive se encuentra en la tarjeta, y abre el archivo if(dataFile) { dataFile.println(temp); //imprime la magnitud de la variable dataFile.close(); //Cierra el archivo Serial.println(temp); //imprime la magnitud de la variable } else { Serial.println("Error in the reconozing Card"); //muestra que hay un error al inicializar la tarjeta } delay(1000); //tiempo que tarda en hacer cada lectura } float getTemp() //convert the getTemp to string and show in the monitor serial { byte data[12]; byte addr[8]; if ( !ds.search(addr)) { ds.reset_search(); return -1000; } if ( OneWire::crc8(addr, 7) != addr[7]) //check if addr is valid { Serial.println("CRC is not valid!"); return -1000; } if ( addr[0] != 0x10 && addr[0] != 0x28) // reconociendo el dispositivo {

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Serial.println("Device is not recognized"); return -1000; } ds.reset(); // Restablecer variables y obtener una nueva variable ds.select(addr); ds.write(0x44,1); byte present = ds.reset(); ds.select(addr); ds.write(0xBE); for (int i = 0; i < 9; i++) { data[i] = ds.read(); } ds.reset_search(); //reset the search byte MSB = data[1]; byte LSB = data[0]; float TRead = ((MSB