GUIA DE EJERCICIOS Nº 13 INSTRUMENTACIÓN AVANZADA

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1 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack GUIA DE EJERCICIOS Nº 13 INSTRUMENTACIÓN AVANZADA Comunicación Ethernet con Arduino y LabVIEW 1

2 Ejercicio 13.1 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack 13.-Ejemplo de servidor Ethernet con Arduino y LabVIEW Formar 2 grupos con los elementos provistos por la cátedra. Luego de reconocer los elementos realizar el cableado del conjunto variador de velocidad motor basado en la siguiente figura: Esquema de conexiones de Fuerza Motriz y Maniobra: Una vez realizadas todas las conexiones, procederemos a configurar el variador de velocidad ATV 11 siguiendo las instrucciones del Anexo I y probaremos su correcto funcionamiento. Para comandar y monitorear el ATV 11 desde Arduino realizaremos tres circuitos: 1. Un circuito de relés para accionar las entradas digitales del variador. 2. Un circuito optoacoplado para accionar la entrada analógica Al1 del variador desde una salida PWM del Arduino. 3. Un circuito optoacoplado para leer desde una entrada analógica de Arduino la salida D0 (PWM) del variador. 2

3 Circuito 1: Mando para los relés de Arduino (marcha / parada) Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack Circuito 2: Mando de velocidadoptoacoplado (Al1) Circuito 3: Medición de velocidad (D0) Luego de realizar los circuitos acondicionadores anteriores cargaremos el siguiente código en la placa Arduino UNO ó MEGA. El mismo consiste en el driver de comandos que veníamos utilizando, pero ahora en lugar de comunicarnos con la placa a través del puerto serie (COM virtual desde USB), nos comunicaremos a través de Ethernet utilizando el protocolo TCP/IP. 3

4 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack /////////////////////////////////////////////////////////////////// // Cátedra Instrumentación Avanzada // // Driver de comunicación TCP/IP para Arduino UNO y MEGA 2560 // // Versión: // // Fecha: 26/11/2015 // /////////////////////////////////////////////////////////////////// //DECLARACIONES // LIBRERÍAS #include<spi.h>//comunicación SPI (ethernetshield, pines 10,11,12,13) #include<ethernet.h>//funciones para comunicación ethernet // CONFIGURACION DE LA PLACA ETHERNET bytemac[] = {0x00, 0x22, 0x68, 0x2F, 0xA0, 0x9C }; // Direccion MAC IPAddressip(10,2,0,100); // Direccion IP EthernetServer server(80); // puerto de comunicacion HTTP // SALIDAS DIGITALES: constint D0=4; constint D1=5; constint D2=7; constint D3=9; // ENTRADAS DIGITALES: constint D4=2; constint D5=3; constint D6=6; constint D7=8; // VARIABLES Char caracterentrada; Int entradadigital, b0, b1, b2, b3, dato; byte vector1[2], vector2[10]; char canal; int valor_analog; //SETUP Void setup() { // DECLARACIÓN DE SALIDAS DIGITALES: pinmode(d0,output); pinmode(d1,output); pinmode(d2,output); pinmode(d3,output); // DECLARACIÓN DE ENTRADAS DIGITALES: pinmode(d4,input); pinmode(d5,input); pinmode(d6,input); pinmode(d7,input); // CONFIGURACIÓN DE LA COMUNICACION TCP/IP Ethernet.begin(mac,ip); // Inicialización de la pila TCP/IP server.begin(); // Inicialización del servidor // INICIALIZACIÓN DE SALIDAS (se ponen en 0) digitalwrite(d0,0); digitalwrite(d1,0); digitalwrite(d2,0); digitalwrite(d3,0); }// FIN DEL SETUP 4

5 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack //CICLO PRINCIPAL Void loop() { EthernetClient client=server.available(); // Se crea el objeto cliente if (client) { // Si se recibe una petición de un cliente while (client.connected()) { // Mientras el cliente esté conectado if (client.available()) { // Si el cliente está disponible caracterentrada=client.read(); // toma un nuevo byte // ATENCIÓN AL COMANDO 'A' (ESCRITURA DE SALIDAS DIGITALES) if (caracterentrada=='a') { caracterentrada=client.read(); // toma un nuevo byte digitalwrite(d0,caracterentrada); // escribe la salida digital D0 caracterentrada=client.read(); digitalwrite(d1,caracterentrada); caracterentrada=client.read(); digitalwrite(d2,caracterentrada); // caracterentrada = client.read(); // digitalwrite(d3,caracterentrada); }// FIN DE ATENCIÓN AL COMANDO 'A' // ATENCIÓN AL COMANDO 'B' (LECTURA DE ENTRADAS DIGITALES) if (caracterentrada=='b') { b0 =digitalread(d4); // lee la entrada D4 b1 =digitalread(d5); b2 =digitalread(d6); b3 =digitalread(d7); entradadigital= 1 * b0 + 2 * b1 + 4 * b2 + 8 * b3; client.write(lowbyte(byte(entradadigital))); // envía el estado de las entradasen los 4 bits menos significativos }// FIN DE ATENCIÓN AL COMANDO 'B' // ATENCIÓN AL COMANDO 'C' (LECTURA DE UNA ENTRADA ANALÓGICA) if (caracterentrada=='c') { canal =client.read(); // toma un nuevo byte dato =analogread(canal); // lee el canal analógico solicitado vector1[0] =lowbyte(word(dato)); // genera el primer byte vector1[1] =highbyte(word(dato)); // genera el segundo byte client.write(vector1,2); // envía los dos bytes en binario }// FIN DE ATENCIÓN AL COMANDO 'C' // ATENCIÓN AL COMANDO 'E' (ESCRITURA DE SALIDA PWM) if (caracterentrada=='e') { caracterentrada=client.read(); valor_analog=caracterentrada; analogwrite(d3,valor_analog); }// FIN DE ATENCIÓN AL COMANDO 'E' }// fin del if(client.available()) }// fin del while (client.connected()) }// fin del if principal (if(client)) }// fin del loop El driver anterior nos servirá para este y otros proyectos, ya que podremos crear cualquier programa en LabVIEW que envíe comandos a través de TCP/IP a nuestra placa, de forma tal de escribir o leer pines digitales, leer entradas analógicas o escribir una salida pseudoanalógica (PWM). 5

6 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack Finalmente desarrollaremos un programa en LabVIEW que nos permita comandar el variador de velocidad ATV11 a través de TCP/IP. Panel Frontal sugerido: Diagrama de Bloques: 6

7 Ejercicio 13.2 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack Conectar el shield Ethernet a la placa Arduino UNO o MEGA y realizar un programa en el IDE de ARDUINO que permita generar una página web en formato HTML. En dicha página se debe poder ver una entrada analógica y una entrada digital, a la vez que se debe poder accionar una salida digital de la placa. Pagina web sugerida: Algunos comandos y funciones específicas disponibles útiles para resolver este ejercicio: // LIBRERIAS #include <Ethernet.h> // Librería para la comunicación Ethernet // VARIABLES ESPECIALES byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; // Escribe una dirección MAC para el controlador. IPAddress ip(10,2,0,100); // Escribe una IP para el controlador. EthernetServer server(80); // Puerto 80 es el valor predeterminado para HTTP // FUNCIONES Ethernet.begin(mac, ip); // Inicialización del servidor server.begin();// comienza a recibir conexiones EthernetClient client = server.available(); // Obtiene un cliente que esté conectado al servidor y posea datos disponibles para lectura. client.connected(); //Vale 1 si el cliente está conectado client.available(); //Vale 1 si el cliente está disponible client.read(); // Lee un caracter del cliente client.println(); // Envía una línea al cliente client.println("<meta http-equiv=\"refresh\" content=\"5\">"); // Añade una etiqueta para conseguir que el navegador se actualice cada 5 segundos por ejemplo. client.println("<input type=submit value=on style=width:200px;height:75px onclick=location.href='./?led=t\'>"); // arma un botón y retorna lo escrito detras del signo? (LED=T en este caso) client.stop(); // cierra la conexión: 7

8 Ejercicio 13.3 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack Formar 2 grupos con los elementos provistos por la cátedra. Crear una página web en Arduino para comandar y monitorear un conjunto variador de velocidad ATV-11 y motor asincrónico trifásico. El objetivo es controlar el variador de velocidad desde LabVIEW utilizando Ethernet, pero a su vez queremos que también se pueda controlar desde una página web HTML, de forma tal que se pueda acceder a ella desde cualquier dispositivo (smartphone, tablet) conectado a internet simplemente utilizando un navegador web. Luego de realizar los circuitos acondicionadores anteriores cargaremos el siguiente código en la placa Arduino UNO ó MEGA /////////////////////////////////////////////////////////////////// // Cátedra Instrumentación Avanzada // // Ejercicio 13.2 // // Fecha: 26/11/2015 // /////////////////////////////////////////////////////////////////// //DECLARACIONES // LIBRERÍAS #include<spi.h>//comunicación SPI utilizada por Ethernet shield (pines 10,11,12,13) #include<ethernet.h>//funciones para comunicación ethernet // CONFIGURACIÓN DE LA PLACA ETHERNET byte mac[] = {0x98, 0x4F, 0xEE, 0x01, 0x10, 0x77}; // Direccion MAC IPAddress ip(10,2,0,100); // Direccion IP EthernetServer server(80); // puerto de comunicacion HTTP // CONSTANTES Y VARIABLES const int marcha=5; // pin de salida marcha const int parada=4; // pin de salida parada const int vel=9; String estado="parada"; // estado del motor inicialmente "PARADA" String velocidad="0000"; int v=0; //SETUP void setup(){ // DECLARACIÓN DE SALIDAS DIGITALES: pinmode(marcha,output); pinmode(parada,output); pinmode(vel,output); // CONFIGURACIÓN DE LA COMUNICACION TCP/IP Ethernet.begin(mac,ip); // se inicializa la comunicación Ethernet server.begin(); // se inicializa el servidor // CONFIGURACIÓN DEL PUERTO SERIE (visualización) Serial.begin(115200); // INICIALIZACIÓN DE SALIDAS digitalwrite(marcha,0); digitalwrite(parada,1); analogwrite(vel,v); } // fin del setup Void loop(){ 8

9 9 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack EthernetClient client=server.available(); // se crea el objeto cliente if (client) { // si se detecta un cliente a través de una petición HTTP boolean linea_blanca= true; //Una petición HTTP acaba con una línea en blanco String cadena=""; // se crea una cadena de caracteres vacía while (client.connected()) { // mientras el cliente esté conectado analogwrite(vel,v); if (client.available()) { // si el cliente está disponible char c =client.read();// se lee la petición HTTP carácter por carácter cadena.concat(c);// se convierte la petición HTTP en un String int posicion=cadena.indexof("m="); // se guarda la posición de la cadena "M=" if(cadena.substring(posicion)=="m=1") { // si en esa posición dice "M=1" digitalwrite(marcha,1); digitalwrite(parada,0); client.write('1'); estado="marcha"; // se guarda el estado MARCHA } // fin del if if(cadena.substring(posicion)=="m=0") { // si en esa posición dice "M=0" digitalwrite(marcha,0); digitalwrite(parada,1); client.write('0'); estado="parada"; // se guarda el estado PARADA } // fin del if int pos=cadena.indexof("v="); // se guarda la posición de la cadena "V=" if(cadena.substring(pos,pos+2)=="v="){ velocidad =cadena.substring(pos+2,pos+6); v =floor(velocidad.toint()*255/1350); } if (v>0){ analogwrite(vel,v); } Serial.write(c);// se visualiza la petición por el monitor serie // Cuando reciba una línea en blanco, la petición HTTP habrá acabado // y el servidor web estará listo para enviar una respuesta if (c =='\n'&&linea_blanca) { // Se envía al cliente una respuesta HTTP client.println("http/ OK"); client.println("content-type: text/html"); client.println(); //Página web en formato HTML client.println("<html>"); client.println("<head>"); client.println("</head>"); client.println("<body>"); client.println("<h1 align='center'>instrumentacion AVANZADA</h1><h3 align='center'>motor controlado por Servidor Web con Arduino</h3>"); //Se crean los botones. Para enviar parametros a través de HTML se utiliza el metodo URL encode. Los parámetros se envian a través del símbolo '?' client.println("<div style='text-align:center;'>"); client.println("<button onclick=location.href='./?m=1\' style='margin:auto;background-color: #3ADF00;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #3ADF00;width:100px;'>"); client.println("marcha"); client.println("</button>"); client.println("<button onclick=location.href='./?m=0\' style='margin:auto;background-color: #FF0000;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #FF0000;width:100px;'>"); client.println("parada");

10 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack client.println("</button>"); client.println("<br /><br />"); client.println("<b>estado DEL ACCIONAMIENTO = "); client.print(estado); client.println("<br /><br />"); client.println("<button onclick=location.href='./?v=0000\' style='margin:auto;background-color: #81BEF7;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #81BEF7;width:100px;'>"); client.println("0 RPM"); client.println("</button>"); client.println("<button onclick=location.href='./?v=0500\' style='margin:auto;background-color: #2E9AFE;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #2E9AFE;width:100px;'>"); client.println("500 RPM"); client.println("</button>"); client.println("<button onclick=location.href='./?v=1000\' style='margin:auto;background-color: #0174DF;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #0174DF;width:100px;'>"); client.println("1000 RPM"); client.println("</button>"); client.println("<button onclick=location.href='./?v=1350\' style='margin:auto;background-color: #084B8A;color: snow;padding: 10px;border: 1px solid #084B8A;width:100px;'>"); client.println("1350 RPM"); client.println("</button>"); client.println("<br /><br />"); client.println("<b>velocidad DEL MOTOR: "); client.print(velocidad); client.println(" RPM"); client.println("</b><br />"); client.println("</b></body>"); client.println("</html>"); break; } // fin del if if (c =='\n') { // si hay nueva linea linea_blanca= true; } // fin del if else if (c!='\r') { linea_blanca= false; // si hay retorno de carro } // fin del if } // fin del if (client.available) } // fin del while delay(1); // se le da tiempo al navegador para recibir los datos client.stop();// se cierra la conexión } // fin del if (client) } // fin del loop Ya estamos en condiciones de visualizar la página web creada en Arduino. Sólo debemos abrir el navegador y acceder a la IP que configuramos en el código anterior. 10

11 Instrumentación Avanzada. G. Murcia J. Strack Si también queremos realizar el control desdelabview, ya que disponemos de más herramientas gráficas, construimos el siguiente programa: Panel Frontal Diagrama de Bloques 11

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