Comando de un ascensor de cuatro pisos
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- Sara Sánchez Alvarado
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1 Diseño de Microcontroladores Proyecto final Comando de un ascensor de cuatro pisos Alumno: Gonzalo Cánepa Profesor: José Juarez Gonzalo Cánepa Página 1 08/08/2008
2 INDICE 1. Introducción 1.1 Propuesta inicial 1.2 Modificaciones y propuesta realizada 2. Diseño y armado del kit (Tarjeta entrenadora) del MC68HC11E1CFN2 2.1 Características del MC68HC11E1CFN2 2.2 Circuitos de la tarjeta Circuito de alimentación Circuito de clock Circuito del reset Circuito de transmisión serie asincrónica Circuito de interrupciones externas Circuito de selección de modos de arranque Conexión de V RL y V RH Referencia para el conversor A/D 2.3 Circuito del motor paso a paso 2.4 Diseño y armado de las placas utilizadas por la planta Conexión de leds Conexión de pulsadores de entrada 3. Metodología de resolución 3.1 Diseño del programa ascensor para el HC Distribución de puertos 3.3 Esquema de funcionamiento 4. Diagramas de flujo 5. Código en lenguaje Assembler 6. Conclusión 7. Bibliografía Gonzalo Cánepa Página 2 08/08/2008
3 1.1 Propuesta inicial: 1. Introducción Inicialmente se basaba en un motor paso a paso con una polea empotrada y comunicada con otra a través de una correa la cual se fijaba el cubículo del ascensor y dos guías laterales impedían el desbordamiento del mismo. Gonzalo Cánepa Página 3 08/08/2008
4 1.2 Modificaciones y propuesta realizada: La propuesta inicial se cambió debido a la complicación a la hora de conseguir sistemas poleas con correas dentadas de tamaño compatibles con el proyecto; y la solución encontrada fue utilizar el sistema del carro de una impresora Además del cubículo del ascensor el proyecto cuenta con un display de 7 segmentos, 4 leds indicadores y 9 pulsadores (4 para llamada, 4 de ir a piso o internos y una parada de emergencia). Los leds indicadores reflejan que pulsador de llamada o de ir a piso fue activado y el display de 7 segmentos indica en que piso está el cubículo. Los pulsadores de llamada se diferencian de los de ir a piso en el caso de que haya múltiples llamadas (llamadas desde varios pisos a la vez). En este caso, el ascensor debe ir a buscar al pasajero del piso mayor y luego recoger a los demás pasajeros. Esto se debe a que lo más probable es que todo aquel que llame al ascensor desee dirigirse a planta baja. En cambio los pulsadores de ir a piso (internos al cubículo del ascensor) solicitaran el programa más inteligente para cada situación particular El microcontrolador se comunicará con la planta a través de cuatro fines de carrera que le indicarán en que piso está posicionado el cubículo. Nota: Si bien el motor ideal para el sistema es un motor de corriente continua (DC motor), el proyecto está pensado para utilizar un motor paso a paso. Esto se debe a que por motivo personal de estudio decidí aprender a controlar este tipo de motores. Los leds indicadores están compartidos entre los pulsadores de llamada y los internos. Si bien esto no tiene sentido para el caso real, es muy ilustrativo para observar el correcto funcionamiento de la planta Gonzalo Cánepa Página 4 08/08/2008
5 2. Diseño y armado del kit del MC68HC11E1CFN2 2.1 Características del MC68HC11E1CFN2 El microcontrolador MC68HC11E1CFN2 es de encapsulado PLCC (Grafico 2) y se diferencia de otro microcontrolador de la familia E1 de la siguiente forma: Grafico 2 Las características de memoria del microcontrolador se detallan en la siguiente tabla: Gonzalo Cánepa Página 5 08/08/2008
6 Finalmente, la distribución de puertos de Entrada/Salida está dada en la siguiente tabla: Para el funcionamiento del ascensor el PORTC debe setearse como salida y el PORTD como entrada. Nota: El PORTD tiene la particularidad de que el bit 0 y el bit 1 están compartidos con la transmisión de datos del puerto serie (necesario para cargar un programa) por lo que para su utilización como bit de entrada o salida debe colocarse un jumper en la creación del kit. En el caso particular de este kit estos bits solo serán utilizados para el puerto serie 2.2 Circuitos de la tarjeta Circuito de alimentación Donde a Vcc In se conecta una fuente estándar de 9V C1 = 0,33 µf C2 = 0,01 µf C3 = 0,1 µf C2 = 1 µf Gonzalo Cánepa Página 6 08/08/2008
7 El MC7805 es un regulador de voltaje que entrega un voltaje de 5V a partir de 9V y permite una circulación máxima de corriente de 500 ma. Si los valores de corriente son cercanos a este se aconseja incorporar un disipador Circuito de clock En donde C1 = C2 = 22 pf R = 10 MO Y el cristal es de 8MHz Circuito del reset Circuito de transmisión serie asincrónica Los capacitores empleados son electrolíticos de 22 µf y 25 V Gonzalo Cánepa Página 7 08/08/2008
8 2.2.5 Circuito de interrupciones externas Circuito de selección de modos de arranque El circuito se repite para MODB Conexión de V RL y V RH V RL está directamente conectado a GND Referencia para el conversor A/D Gonzalo Cánepa Página 8 08/08/2008
9 2.3 Circuito del motor paso a paso Las 4 resistencias son de 4K7 En la entrada A corresponde al bit 0 del PORTB B corresponde al bit 1 del PORTB C corresponde al bit 2 del PORTB D corresponde al bit 3 del PORTB El integrado ULN2803 es un arreglo de transistores darligston con Vcc ALIMENTACIÓN = 5V y Vcc MOTOR < 50V y una limitación de corriente máxima de 500mA. Cumple la función de separar el circuito de potencia del motor sin la necesidad de la utilización de 4 transistores individuales Conexión de leds Los leds se conectan con una resistencia en serie que limita la circulación de corriente a través del led Gonzalo Cánepa Página 9 08/08/2008
10 2.4.2 Conexión de pulsadores de entrada La utilización de las resistencias de pull-down evita que el microcontrolador confunda el uno lógico con el cero lógico Gonzalo Cánepa Página 10 08/08/2008
11 3. Metodología de resolución 3.1 Diseño del programa ascensor para el HC11 En primer lugar hay que tener en cuenta que un motor paso a paso se controla a través de una secuencia. Esta secuencia puede ser muy básica o muy compleja dependiendo de la exactitud buscada. Para el caso del ascensor la secuencia de subida será A,B,C,D y la de bajada será D,C,B,A (ver Circuito del motor paso a paso) El ascensor tiene una parada de emergencia, la cual se ejecutará a través de la interrupción IRQ 3.2 Distribución de puertos? El PORTA no será utilizado puesto que es de 3 entradas y cuatro salidas fijas.? En los 4 bits menos significativos del PORTB se controlará el motor paso a paso y en los 4 más significativos se encenderán los leds indicadores. El PORT es configurado enteramente como salida? En los 7 bits más significativos del PORTC se controlará el Display de 7 segmentos (el punto no se utiliza).? Teniendo en cuenta las limitaciones del PORTD, los 4 bits útiles (bit 2, bit 3, bit 4 y bit 5) serán utilizados para los fines de carrera. El PORT es configurado enteramente como entrada? En los 4 bits menos significativos del PORTE serán utilizados para los pulsadores internos y en los 4 más significativos para los pulsadores de llamada. 3.3 Esquema de funcionamiento La estructura del programa se basa una subrutina de inicialización, la cual debe ejecutarse solo en el caso de que el cubículo no este posicionado sobre un fin de carrera al inicio del programa. Una vez inicializado, se ejecutará un programa principal en el cual se chequeará el estado de los fines de carrera y se mostrará el Nº correspondiente en el display de 7 segmentos. Luego se verifica si se ha presionado un pulsador, y en ese caso se ejecutará la subrutina correspondiente que modificará una variable llamada motor. Luego, a partir del valor de la variable motor el microcontrolador decidirá si se ejecutará una secuencia para subir o para bajar, mientras que en cada paso de dicha secuencia se comprobará si se ha llegado a destino. Gonzalo Cánepa Página 11 08/08/2008
12 4. Diagramas de flujo PROGRAMA PRINCIPAL PORTD = 00? Procedimiento INICIALIZACION B? DISPLAY : = N_CERO CONSTANTES MOTOR: BAJAR = 01 SUBIR = 02 QUIETO = B? B? DISPLAY : = N_UNO DISPLAY : = N_DOS CONSTANTES DYSPLAY: N_CERO : = B N_UNO : = B N_DOS : = B N_TRES : = B VARIABLES B? DISPLAY : = N_TRES PULSADORES: byte $00 MOTOR: byte $00 SECUENCIA_MOTOR: byte $00 DISPLAY: byte $00 COND_ESPERA: byte $01 MOTOR_INTERRUMPIDO: byte $00 CONTADOR: byte $FF PORTC : = DISPLAY CONFIGURACIONES Subrutina CARGAR PULSADORES PULSADORES = 0 NO Subrutina ESCANEAR PULSADORES DDRC : = DDRD : = OPTION : = habilitar interrupciones PUNTERO A PILA : = $01F8 Gonzalo Cánepa Página 12 08/08/2008
13 MOTOR = BAJAR? Rotar la secuencia hacia la izquierda (LSL) MOTOR = SUBIR? Rotar la secuencia hacia la derecha (LSR) SECUENCIA = B? SECUENCIA : = B La secuencia del Motor se controla en los 4 bits menos significativos. Si se desborda => se acomoda SECUENCIA = B? SECUENCIA : = B MOTOR = QUIETO? PORTB : = 0 Desconecta el motor si no se está utilizando. Subrutina REFRESH LEDS MOTOR = QUIETO OR COND_ESPERA = 1? COND_ESPERA : = 0 PORTD = 0 & PULSADORES?0? Subrutina ESPERA Gonzalo Cánepa Página 13 08/08/2008
14 Subrutina RETARDO PULSADORES = 0? Procedimiento DEC_CONTADOR COD_ESPERA : = 0 CONTADOR : = FF H SUBRUTINA CARGAR_PULSADORES PULSADORES : = (PORTE) OR (PULSADORES) SUBRUTINA GUARDAR_PULSADORES PULSADORES : = (A) AND (PULSADORES) B : = QUIETO Gonzalo Cánepa Página 14 08/08/2008
15 PROCEDIMIENTO ESPERA b = 20 ; b > 0 ; b : = b - 1 Subrutina RETARDO Subrutina REFRESH LEDS Subrutina CARGAR PULSADORES SUBRUTINA RETARDO y = 6FFF H ; y > 0 ; i : = i - 1 y : = 0100 H PROCEDIMIENTO INICIALIZACIÓN MOTOR : = BAJANDO PULSADORES : = B Gonzalo Cánepa Página 15 08/08/2008
16 PROCEDIMIENTO DEC_CONTADOR COND_ESPERA : = 01 CONTADOR : = CONTADOR - 1 CONTADOR = 0? PULSADORES : = SUBRUTINA REFRESH LEDS A : = PULSADORES Rotar la A hacia la izquierda (LSLA) Rotar la A hacia la izquierda (LSLA) Rotar la A hacia la izquierda (LSLA) Rotar la A hacia la izquierda (LSLA) A : = (PULSADORES) OR (A) A : = (A) AND ( H ) PORTB : = (PORTB) OR (A) Gonzalo Cánepa Página 16 08/08/2008
17 SUBRUTINA ESCANEO PULSADORES PULSADORES = B? Procedimiento PISO_CERO_LLAMADA PULSADORES = B? Procedimiento PISO_UNO_LLAMADA PULSADORES = B? Procedimiento PISO_DOS_LLAMADA PULSADORES = B? Procedimiento PISO_TRES_LLAMADA PULSADORES = B? Procedimiento PISO_CERO PULSADORES = B? Procedimiento PISO_UNO Gonzalo Cánepa Página 17 08/08/2008
18 PULSADORES = B? Procedimiento PISO_DOS PULSADORES = B? Procedimiento PISO_TRES MOTOR : = B * SALTO INCONDICIONAL 1 PROCEDIMIENTO PISO_CERO_LLAMADA B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES PORTD = ( B ó B ó B )? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 18 08/08/2008
19 PROCEDIMIENTO PISO_UNO_LLAMADA B? B : = SUBIENDO B? PULSADORES = ( B ó B )? A : = B MOTOR = SUBIENDO? Subrutina GUARDAR_PULSADORES * SALTO INCONDICIONAL 1 PORTD = ( B ó B )? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 19 08/08/2008
20 PROCEDIMIENTO PISO_DOS_LLAMADA PORTD = ( B ó B )? B : = SUBIENDO B? PULSADORE S = B? A : = B MOTOR = SUBIENDO? Subrutina GUARDAR_PULSADORES * SALTO INCONDICIONAL B? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 20 08/08/2008
21 PROCEDIMIENTO PISO_TRES_LLAMADA PORTD = ( B ó B ó B )? B : = SUBIENDO B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES PROCEDIMIENTO PISO_CERO B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES PORTD = ( B ó B ó B )? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 21 08/08/2008
22 PROCEDIMIENTO PISO_UNO B? B : = SUBIENDO B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES * SALTO INCONDICIONAL 1 PORTD = ( B ó B )? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 22 08/08/2008
23 PROCEDIMIENTO PISO_DOS PORTD = ( B ó B )? B : = SUBIENDO B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES * SALTO INCONDICIONAL B? B : = BAJANDO Gonzalo Cánepa Página 23 08/08/2008
24 PROCEDIMIENTO PISO_TRES PORTD = ( B ó B ó B )? B : = SUBIENDO B? A : = B Subrutina GUARDAR_PULSADORES Gonzalo Cánepa Página 24 08/08/2008
25 INTERRUPCIÓN IRQ Subrutina RETARDO A : = MOTOR MOTOR = QUIETO? NO MOTOR_INTERRUMPIDO : = MOTOR MOTOR : = MOTOR_INTERRUMPIDO MOTOR : = QUIETO Gonzalo Cánepa Página 25 08/08/2008
26 6. Conclusión El proyecto realizado costó mucho tiempo y trabajo, pero ver la planta terminada y funcionando es la recompensa al esfuerzo. Los conocimientos adquiridos son muy amplios, tanto en electrónica con la realización del kit como también a la hora de programar y crear un programa extenso en solo 512 bytes de memoria. También fue muy gratificante por primera vez controlar un motor paso a paso, que si bien se lo controló con la secuencia más básica debido al escaso torque del mismo, me enteré de otros métodos Si bien el proyecto es muy lógico y algorítmico, resultó realmente complejo en el momento del diseño poder imaginar como realizar la memoria en caso de presionar más de un pulsador a la vez En definitiva fue una gran experiencia y muy gratificante desde los momentos en que empezó a funcionar. Gonzalo Cánepa Página 26 08/08/2008
27 7. Bibliografía? MICROCONTROLADOR 68HC11: Fundamentos, recursos y programación. Ambiente de desarrollo para un HC11 por Juan Pablo Guzmán Peralta (Trabajo final de licenciatura)? kit11 v61 - Kit de iniciación al microcontrolador - Universidad de Zaragoza M68HC11E family Hoja de datos (datasheet) MOTOROLA? MC68HC11E1CFN2 Hoja de datos (datasheet) MOTOROLA? MAX232, ULN2803, MC7805, MC34064 Hoja de datos (datasheet) Gonzalo Cánepa Página 27 08/08/2008
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