INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

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1 INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA DISEÑO DE UN SISTEMA DE MONITOREO PARA CASA HABITACIÓN TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE INGENIERO EN CONTROL Y AUTOMATIZACIÓN PRESENTAN: ESTRADA VENTURA CUAUHTÉMOC GUERRERO MEDRANO GAMALIEL ASESORES: M. en C. MARTÍN ENRÍQUEZ SOBERANES M. en C. IVVONE CECILIA TORRES RODRÍGUEZ MÉXICO, D.F. 2009

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3 OBJETIVO GENERAL. Diseñar un sistema automático para el ahorro de tiempo, comodidad y mejor calidad de vida dentro del hogar. OBJETIVOS ESPECÍFICOS. I. Diseñar diagramas de conexión con los dispositivos de campo en el sistema automático para la casa habitación. II. Programar el microcontrolador para automatizar los dispositivos de campo. III. Programar en Visual Basic la interfaz hombre-máquina y comunicar los dispositivos de campo. IV. Plantear los diferentes estudios para el desarrollo de este proyecto. Ingeniería en Control y Automatización I

4 JUSTIFICACIÓN. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación A través de este proyecto se pueden obtener beneficios y comodidades en cualquier entorno en el que nos encontremos dentro de nuestro lugar de residencia, vivimos en una época en el que el crecimiento tan acelerado de la tecnología provoca que todos los sistemas cambien teniendo repercusiones en la vida social de todo ser humano. Debemos jerarquizar actividades para poder dar prioridades a la más importantes dejando fuera otras actividades más triviales como las actividades que en ocasiones realizamos dentro del hogar. Es entonces que la tecnología da pie al desarrollo de sistemas automatizados, casas inteligentes y un crecimiento tecnológico que nos permiten un mejor nivel de vida y comodidades como es la construcción de sistemas automatizados en nuestro hogar. En este proyecto se propone desarrollar circuitos de campo que al ser conectados y programados realizarán funciones especiales que nos permitirán automatizar una casa habitación que podrá ser controlada a través de microcontroladores y otros elementos de control comunicados a través de una interfaz grafica, la cual será controlada a través de una PC para un mejor control y monitoreo de los elementos a automatizar dentro del lugar de residencia dando así soluciones para realizar tareas en menor tiempo, administrar mejor los recursos del hogar, así como también tener beneficios en la comodidad y confort a los residentes y usuarios de estos tipos de sistemas ya que dará mayor seguridad y beneficios a corto y largo plazo. Otro beneficio importante es poder estar monitoreando en el tiempo que se desee los sistemas automáticos y ver los factores que se deben corregir. Ingeniería en Control y Automatización II

5 INTRODUCCIÓN. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Es un hecho que la mayoría de nosotros pasamos mayor tiempo fuera de casa, incluso podría decir que solo la ocupamos para dormir, sin duda alguna estamos abandonando nuestro hogar, o mejor dicho ya no queremos pasar mucho tiempo en casa porque hay mejores cosas que hacer fuera de ella o simplemente las condiciones de trabajo o cualquier otra actividad no lo permiten, realmente seria increíble poder utilizar la tecnología a nuestro favor en ese aspecto ya que se pretende llevar un mejor control de nuestro hogar y de lo que sucede dentro de el, ya que podemos verificar las condiciones en las que se encuentra esto a través del diseño de algunos elementos que van a controlar y automatizar el lugar de residencia, por supuesto es hacer una interfaz gráfica para poder, monitorear las variables que se encuentran en el hogar; ya que en ocasiones no se sabe si tenemos agua en el tinaco, o si la temperatura en un determinado lugar se encuentra bien, incluso si necesitamos abrir una puerta sin necesidad de pararnos de nuestro estudio de trabajo, porque ahora en día la computadora se ha vuelto una buena aliada contra toda actividad. Ingeniería en Control y Automatización III

6 ÍNDICE. CAPÍTULO 1: ANTECEDENTES Edificios inteligentes y Domótica Inmótica El Hogar Digital La Vivienda Bioclimática El Hogar Seguro Introducción a la Red Domótica Introducción a los Edificios Inteligentes Edificio Edificio Automatizado Edificio Domótico Edificio Inmótico Edificio Digital Edificio Ecológico Edificios Inteligentes. 9 CAPÍTULO 2: CONTENIDO Sensor de Temperatura Sensor Digital LM Convertidor Analógico Digital Estructura del ADC0804 (Integrado ADC0804) Descripción de Terminales Introducción al PIC16F Organización de la Memoria La Memoria EEPROM ó memoria de programa. 23 Ingeniería en Control y Automatización

7 2.4.3 La Memoria RAM Registros Internos Set de Instrucciones del PIC16F Instrucciones Orientadas a Registros Instrucciones Orientadas a Bits Instrucciones Orientadas a Constantes de Control Instrucciones para el Ensamblador Subrutinas Timer Contador TMR Pulsadores e Interruptores (Rebotes) MPLAB-IDE Partes de MPLAB-IDE MAX Protocolo RS Tipos de Comunicaciones Seriales La Norma RS Conector DB Visual Basic Programas Secuenciales, Interactivos y Orientados a Eventos Programas para el Entorno Windows Modo de Diseño y de Ejecución Formularios y Controles Eventos Métodos Proyectos y Ficheros El entorno de programación de Visual Basic Ingeniería en Control y Automatización

8 CAPÍTULO 3: DISEÑO DEL SISTEMA DE MEDICION DE TEMPERATURA Programa del PIC 16f84 para el Sensor de Temperatura Programación del Entorno Gráfico de Visual Basic. 60 CAPÍTULO 4: DISEÑO DEL SISTEMA PARA EL ARRANQUE AUTOMÁTICO DE LA BOMBA Sensor de nivel de agua Sistemas de abastecimiento de agua potable Dotaciones de Agua Dotación de Agua en una Construcción Cisterna Cálculo de Bomba Sensor de Nivel para Líquidos (ELS-1150) Programa del PIC16F84 para el sensor de nivel ELS Programación en Visual Basic para el sensor de nivel ELS Bombas periféricas. 85 CAPÍTULO 5: DISEÑO DEL SISTEMA PARA LA APERTURA DE PUERTAS Sensor Óptico Principio de Funcionamiento Programa del PIC16F84 para el sensor óptico Programa de Visual Basic para el sensor óptico Compresor de Aire. 103 Ingeniería en Control y Automatización

9 CAPÍTULO 6: ESTUDIO FINANCIERO-ECONÓMICO Inversión requerida El préstamo Crédito Diferencia entre Crédito y Préstamo Tipos de Préstamo Préstamos al Consumo Préstamos Personales Préstamos de Estudios Préstamos Hipotecarios. 122 ANEXOS. 123 CONCLUSIONES. 133 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS. 134 ÍNDICE DE TABLAS. 136 ÍNDICE DE FIGURAS. 138 ÍNDICE DE DIAGRAMAS. 141 GLOSARIO. 142 Ingeniería en Control y Automatización

10 CAPÍTULO 1 ANTECEDENTES. Ingeniería en Control y Automatización 1

11 1.1. EDIFICIOS INTELIGENTES Y DOMÓTICA. La casa ideal, es aquella en la que podemos disfrutar plenamente de nuestro tiempo de ocio sin que resulte necesario preocuparse de limpiar, regular la calefacción o saber si hay que hacer la compra es ya una realidad gracias a las nuevas TIC (Tecnologías de la Información y las Comunicaciones). El origen de la domótica se remota a los años setenta, cuando tras muchas investigaciones, aparecieron los primeros dispositivos de automatización de edificios basados aún en la exitosa tecnología X-10. Durante los años siguientes la comunidad internacional mostró un creciente interés por la búsqueda de la casa ideal. Los dispositivos destinados a edificios de oficinas, junto con otros específicos, se han ido aplicando a las viviendas de particulares u otro tipo de edificios, donde el número de necesidades que hay que cubrir es mucho más amplio, dando origen a la vivienda domótica. En la actualidad, el número de viviendas domotizadas, es relativamente bajo respecto al total de viviendas, pero el interés de su adopción está creciendo progresivamente. Del mismo modo en que nuestros días no es aceptable que una vivienda no tenga corriente eléctrica o agua corriente, dentro de muy poco no se concebirán viviendas que no estén mínimamente domotitizadas. Por lo tanto, la vivienda domótica es aquella que integra una serie de automatismos en materia de electricidad, robótica, informática y telecomunicaciones, con el objetivo de asegurar al usuario un aumento del confort, de seguridad, del ahorro energético, de las facilidades de comunicación y de las posibilidades de entretenimiento. La domótica, busca la integración de todos los Ingeniería en Control y Automatización 2

12 aparatos del hogar, de manera que todo funcione en perfecta armonía, con la máxima utilidad y con la menor intervención por parte del usuario INMÓTICA. El término inmótica, identificado también como buiding magement system, que hace referencia a la coordinación y gestión de las instalaciones con que se encuentran equipadas las edificaciones, así como su capacidad de comunicación, regulación y control. La inmótica motiva la productividad en el trabajo al gestionar las instalaciones del edificio como una herramienta para favoreces la producción de los empleados que se encuentran en su interior. Por inmótica se entiende la incorporación de sistemas de gestión técnica automatizada a las instalaciones del sector terciario como son plantas industriales, hoteles, hospitales, aeropuertos, edificios de oficinas, parques tecnológicos, grandes superficies, universidades, instalaciones comunitarias en edificios de viviendas, etc EL HOGAR DIGITAL. La domótica también se suele asociar actualmente, sobre todo en ámbitos de telecomunicaciones, al denominado hogar digital u hogar conectado. Tras una etapa de introducción lenta de tecnología digital, ahora estamos en los comienzos de una revolución de servicios para el hogar, donde las pasarelas residenciales, apoyadas con conexiones de banda ancha, conectarán inteligentemente todos los dispositivos del hogar, soportando servicios interactivos y de valor añadido de diversa índole. Ingeniería en Control y Automatización 3

13 Algunas ventajas de vivir en un hogar digital y conectado son: Climatización y consumo energético. - Programación del encendido y apagado de todo tipo de aparatos que utilicen energía eléctrica, según las condiciones ambientales. - Acomodación de los planes de tarifas reducidas (tarifa nocturna). - Contadores electrónicos que informan del consumo energético. Entretenimiento y confort. - Conexión a Internet desde cualquier punto. Juegos en red. - Visión de canales de TV en cualquier habitación. Seguridad. - Configuración de procedimientos de avisos en caso de intrusión o avería (alarma técnica). - Instalación de cámaras y micrófonos para ver y escuchar lo que pasa, con posibilidad de grabación de video. - Control de acceso a la vivienda. Servicios comunitarios. - Control de la iluminación de las zonas comunes. - Manejo de alarmas de seguridad y alarmas técnicas. - Servicios Web para la comunidad de los propietarios LA VIVIENDA BIOCLIMÁTICA. La vivienda domótica también se asocia mucho al concepto de vivienda bioclimática, es decir, a aquella vivienda con un nuevo diseño arquitectónico que se adapta mejor al medio ambiente, reduciendo el consumo energético y contribuyendo a mantener nuestra salud y la del planeta tierra. Ingeniería en Control y Automatización 4

14 1.5. EL HOGAR SEGURO. La domótica también se suele asociar al hogar seguro, ya que la mayor parte de los dispositivos que se utilizan para proteger una vivienda frente a intrusiones tienen mucho que ver con lo que la domótica implica. En cuanto se refiere a los aspectos de seguridad y comunicación INRODUCCIÓN A LA RED DOMÓTICA. La domótica es la instalación e integración de varias redes y dispositivos electrónicos en el hogar, que permiten la automatización de actividades cotidianas y el control local o remoto de la vivienda. La domótica no son servicios ni productos aislados, si no simplemente la implementación e integración de todos los aparatos del hogar (eléctricos, electrónicos, informáticos, etc.). Para que todos estos dispositivos puedan trabajar de forma conjunta es necesario que estén conectados a través de una red interna, red que generalmente se suele conocer por LAN (Local Area Network). Esta red cableada o inalámbrica, suele dividirse en 3 tipos de redes, según el tipo de dispositivos que se vayan a interconectar y de las aplicaciones que se vayan a ofrecer: la red de control, la red de datos y la red multimedia. De entre todos los dispositivos de la vivienda domótica cabe destacar un elemento impredecible, el conocido por pasarela residencial (residencial gateway). Este dispositivo es el que permite la convivencia de todas estas redes y dispositivos internos, interconectándoles entre sí y con el exterior. Esta pasarela debe garantizar la seguridad de las comunicaciones hacia/desde el hogar y debe ser gestionable de forma remota 1. 1 Domótica: Edificios inteligentes. José Manuel Huidobro Maya. Ingeniería en Control y Automatización 5

15 1.7. INTRODUCCIÓN A LOS EDIFICIOS INTELIGENTES. La evolución tecnológica de diferentes disciplinas, como la microelectrónica, las telecomunicaciones, la informática, la arquitectura y la automática, han posibilitado una interacción de las mismas que han desembocado en el concepto de edificio inteligente. Las nuevas funciones y necesidades de los edificios/viviendas y de sus usuarios, nos han conducido a desarrollar nuevos productos capaces de satisfacerlas. Y todo ello, nos ha llevado a ser espectadores del nacimiento de diferentes sistemas con muy diversas cualidades, capaces de realizar dichas funciones y de comunicarse por distintos medios de transmisión. Estos sistemas además de posibilitar los niveles de automatización demandado han estado persiguiendo una serie de cualidades que han llegado a considerar factores clave en el desarrollo de los mismos EDIFICIO. Un edifico es una obra de construcción cubierta que puede utilizarse de manera independiente y que se ha construido con carácter permanente y sirve o está pensado para la protección de personas, animales u objetos. Se pueden clasificar dentro de dos grandes grupos dependiendo de cuál sea su objetivo de uso: edificios residenciales y edificios no residenciales. Edificios residenciales: son aquellas construcciones de las que se utilizad por lo menos la mitad para fines residenciales. Edificios no residenciales: son las construcciones utilizadas o concebidas principalmente para fines no residenciales. Se clasifican según su utilización específica, pudiendo ser concebidos para varios fines como: un edificio que combine los aspectos residencial, hotelero y de oficinas. Ingeniería en Control y Automatización 6

16 1.9. EDIFICO AUTOMATIZADO. Es un término clásico utilizado para referirse a un edificio o vivienda que tiene algún tipo de automatismo. El automatismo comenzó durante el siglo XIX con el desarrollo industrial, que permitía controlar y establecer secuencialmente los procesos productivos. En los edificios las primeras funciones que se controlaban era el clima, para lograr un grado de confort y el control energético, para conseguir un óptimo consumo EDIFICIO DOMÓTICO. Su objetivo es asegurar al usuario de la vivienda un aumento de confort, de la seguridad, del ahorro energético y de las facilidades de comunicación. Por lo que la domótica se refiere al conjunto de técnicas utilizadas para la automatización de la gestión y la información de las viviendas unifamiliares. El CEDOM (Asociación Española de Domótica) define la domótica como la incorporación al equipamiento de nuestras viviendas y edificios de una sencilla tecnología que permita gestionar en forma energéticamente eficiente, segura y confortable para el usuario los distintos aparatos e instalaciones domésticas tradicionales que conforman una vivienda (la calefacción, la lavadora, la iluminación, etc.) EDIFICIO INMÓTICO. Es un término algo desconocido que se refiere a la gestión técnica de edificios como ya se menciono anteriormente, y por tanto está orientado a grandes edificios: hoteles ayuntamientos, bloques de pisos, museos, oficinas, bancos, etc. A diferencia de la domótica, más orientada a casas unifamiliares, la inmótica Ingeniería en Control y Automatización 7

17 abarca edificios más grandes, con distintos fines específicos y no sólo orientados a la calidad de vida, si no a la calidad del trabajo. El CEDOM define a la inmótica como la incorporación al equipamiento de edificios singulares o privilegiados, comprendidos en el mercado terciario e industria, de sistema de gestión técnica automatizada de las instalaciones. Aunque normalmente se tiende a emplear casi siempre el concepto de sistemas domóticos cuando se trata indistintamente de viviendas o edificios, el concepto apropiado que se debe de emplear cuando se refiere a grandes edificios es el de inmótica y no el de domótica EDIFICO DIGITAL. También denominado hogar digital, es un nuevo concepto que está comenzando a utilizarse como idea de lo que puede ser el hogar del próximo futuro. Su objetivo es la materialización de la convergencia de los servicios de entretenimiento, comunicaciones, gestión digital del hogar y de infraestructuras de y equipamiento mediante las comunicaciones por redes de banda ancha, formando las nuevas homework o redes del hogar EDIFICIO ECOLÓGICO. Este tipo de viviendas son las que optimizan el uso de los recursos energéticos y de los materiales en la construcción, conservación, mantenimiento y reciclaje de los mismos. El edificio ecológico sigue un proceso de bioconstrucción que aborda varios aspectos del hábitat: un exhaustivo examen del terreno donde edificar, para lo que se realiza también un estudio geobiológico; la correcta elección de los materiales, pinturas ecológicas, instalación eléctrica; técnicas de ahorro energético, racionalización del espacio, energías renovables, bioclima, etc. Ingeniería en Control y Automatización 8

18 Existen varios conceptos relacionados con el edificio ecológico: Edifico sostenible. Edificio geobiológico. Edifico bioclimático. Bioconstrucción EDIFICIOS INTELIGENTES. El término de edificios inteligentes es muy utilizado en la actualidad, aunque el adjetivo de inteligente puede ser pretencioso. Se podría entender por edificio inteligente un edificio domotizado al que se le incorpora inteligencia artificial para simplificar el mantenimiento, hacerlo tolerante a fallos, etc. Un edificio inteligente debe ser un edificio domótico o inmótico que además presente alguna característica que se pueda considerar como inteligente, por ejemplo: el manejo inteligente de la información, la integración con el medio ambiente, la facilidad de interaccionar con los habitantes y anticiparse a sus necesidades, etc 2. 2 Domótica e Inmótica. Viviendas y edificios inteligentes. Cristóbal Romero Morales, Francisco Vázquez Serrano, Carlos de Castro Lozada. Editorial Alfa Omega. Edición Ingeniería en Control y Automatización 9

19 CAPÍTULO 2 CONTENIDO. Ingeniería en Control y Automatización 10

20 Este es un proyecto donde podremos encontrar la descripción detallada de tres circuitos propuestos para mejorar las condiciones de vida dentro del hogar desde la parte eléctrica, electrónica pasando por la etapa de potencia para poder dar salida a unos elementos de campo dentro de la casa, como lo es una bomba monofásica y un par de actuadores controlados por una electroválvula, además de que encontraremos la descripción de los elementos a utilizar, de la misma forma se muestra la programación del microcontrolador 16F84, y de la interfaz gráfica de visual Basic. Es un hecho que en este proyecto se maneja energía eléctrica como principal energía y se realiza para una casa-habitación en donde se van a manejar algunos elementos electrónicos y eléctricos es conveniente mencionar que se debe tener un adecuado sistema de instalación eléctrica para poder proteger los equipos ahí existentes. Dicha instalación debe estar bajo las condiciones que marca la norma de instalaciones eléctricas NOM-001-SEDE-2005 (ver anexos). Para comenzar con este proyecto podríamos empezar recordando que para toda automatización debemos conocer el proceso (esto a nivel industrial) y tener los siguientes elementos como lo es, un sensor que es el que me de la magnitud de nuestra variable física, después tenemos un elemento transductor/transmisor, para continuar con la parte de control, tenemos el controlador y por último el elemento final de control esto en el caso de un control de lazo cerrado sencillo; entonces tomando esa referencia y traducido a nuestro proyecto vamos a utilizar lo siguiente. Ingeniería en Control y Automatización 11

21 2.1. SENSOR DE TEMPERATURA. Como primer elemento propuesto tenemos un sensor de temperatura, dicho sensor puede ir montado en cualquier lugar de interés personal en donde se pretenda monitorear de forma constante la temperatura del ambiente donde se encuentre el siguiente sensor. Los siguientes son elementos que integran nuestro circuito: 2.2. SENSOR DIGITAL LM35. A continuación se explica la descripción del LM35, que es, un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1º C y un rango que abarca desde - 55º a 150º C. El sensor se presenta en diferentes encapsulados pero el mas común es el de la misma forma que un típico transistor con 3 patas, dos de ellas para alimentarlo y la tercera nos entrega un valor de tensión proporcional a la temperatura medida por el dispositivo. Diagrama Diagrama eléctrico del LM35. Ingeniería en Control y Automatización 12

22 Es muy importante la salida que nos da este elemento ya que es una salida lineal y equivale esto quiere decir que nos entrega valores de relación de 10mV/ºC como se observa en el diagrama Por lo tanto i tenemos las siguientes corrientes de salida, el LM35 estará censando e indicando las temperaturas equivalentes al valor de salida mV = 150ºC +250mV = 25ºC -550mV = -55ºC El LM35 funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios 3. La salida del LM35 permite que lo podamos conectar a un conversor Analógico/Digital y tratar la medida de corriente de forma digital, almacenarla o procesarla con un microcontrolador y de ahí continuar con la parte de comunicación con la computadora. Es entonces que después tenemos nuestro siguiente dispositivo que se va a encargar de realizar una conversión de señal, más adelante encontramos una descripción más amplia. 3 Ingeniería en Control y Automatización 13

23 2.3. CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL (INTEGRADO ADC0804). Un convertidor analógico-digital, también conocido como codificador, es un dispositivo que convierte una señal analógica en una señal digital, generalmente en una señal codificada numéricamente. Dicho convertidor se necesita como una interfase entre un componente analógico y uno digital. Por lo tanto este codificador entra entre el sensor y el microcontrolador. De esta manera un convertidor A/D trasforma una señal analógica, por lo general en forma de tensión o corriente, en una señal digital. En la práctica, la lógica esta basada en dígitos binarios compuestos por 0 y 1 y la representación tiene un número finito de dígitos. En el convertidor esta un sistema digital, con la ayuda de un reloj que genera un pulso cada periodo de muestreo t, entonces el convertidor A/D envía una señal digital (representada mediante un número binario) al controlador digital cada vez que el pulso llega. Entonces para esta parte de propuesta del proyecto vamos a utilizar el codificador ADC0408, la siguiente es la figura que representa la distribución de los pines del circuito integrado. Ingeniería en Control y Automatización 14

24 2.3.1 ESTRUCTURA DEL ADC0804. Figura Estructura del ADC0804. Características: Tecnología CMOS Tiene dos entradas analógicas que permite tener entradas diferenciales V V. IN ( ) ; IN ( ) Nosotros tendremos tensión de entrada analógica (ya que recibe la señal del sensor): V EA V IN ( ) V IN () Conectado a tierra analógica. El rango de tensión de entrada analógico es de 0-5V. Ingeniería en Control y Automatización 15

25 Tensión de alimentación: V CC 5V Resolución de 8 bits. Salida de 3 estados F 1 KHz 1.1( RC) 606 Tiempo de conversión = 100 μs DESCRIPCIÓN DE TERMINALES. CS Habilitación del microcircuito (chip select). 0 - habilitado. 1 - salida en 3 estados y no hay conversión. RD Habilita los buffers de las salidas digitales. RD CS 0 Con esta combinación se presenta la última conversión. Si conectamos una computadora con esta combinación se pueden leer los datos e introducirlos a la computadora. WR Escribir con un 0 en esta terminal se inicia el proceso de conversión. INTR (Interrumpir) Al inicio de la conversión esta terminal esta en alto, cuando termina la conversión se va a bajo. Se utiliza para protocolo de comunicación. V Se utiliza cuando el rango de entrada no llega a 5 V. Se conecta REF / 2 un voltaje externo para cambiar la referencia interno. Como se muestra en la tabla Ingeniería en Control y Automatización 16

26 V REF / 2 Voltaje de entrada analógico Tabla Tensión de Referencia. Reloj sal (salida de reloj). En esta terminal aparece la señal del reloj interno. Reloj ent. (entrada de reloj). Cuando se quiere utilizar un reloj externo aquí se conecta, y cuando se utiliza el interno se conecta un capacitor. Cómo hace la conversión? 1) La señal analógica debe estar presente en la terminal V IN (). 2) CS y WR en bajo. 3) INTR Manda una señal al exterior y comienza el proceso de conversión. 4) CS y WR en alto y comienza el tiempo del proceso de conversión, entonces se debe dejar correr el tiempo de conversión de 100μs. 5) Al término de la conversión la terminal INTR avisa al exterior mandando un pulso bajo. 6) Hay que activar CS y RD en bajo, para obtener los datos de la conversión 7) Con CS y RD en alto las salidas están en alta impedancia. Bien las señales que salen del codificador deben ser enviadas a un controlador es por eso que se para este proyecto vamos a utilizar un microcontrolador 16F84, y a continuación se hace una descripción de dicho microcontrolador, recordando que este se va encargar de hacer todo el control de nuestro sistema de temperatura 4. 4 Sistemas de Interfase Analógico Digital Analógico. Enriquez Soberanes Martín. Ingeniería en Control y Automatización 17

27 2.4. INTRODUCCIÓN AL PIC16F84. El PIC16F84 es un microcontrolador, una especie de "ordenador en miniatura" que podremos programar. En su interior posee un microprocesador, una memoria RAM (volátil) donde guardaremos las variables, una memoria EEPROM (no volátil) donde guardaremos nuestro programa, un Timer o contador que nos facilitará algunas tareas. Algunas características más representativas son: 1Kbyte de memoria EEPROM para nuestro programa 68 bytes (de 8 bits) de memoria RAM 64 bytes de memoria EEPROM para datos (no volátiles) Solo 35 instrucciones 13 pines de entrada/salida (un puerto de 8 bits + otro de 5 bits) Timer/contador de 8 bits 5. Podemos empezar con ver el diagrama del PIC16F84, en el cual se observa como están distribuidos sus pines. Este circuito integrado cuenta con 2 puertos configurables como entradas o salidas según sea el caso (más adelante lo veremos a mayor detalle) y consta de 18 patas (también conocidas como pines) las cuales se encuentran asignadas de la siguiente manera en la figura Figura PIC16F Ingeniería en Control y Automatización 18

28 Debemos mencionar que se enumeran en forma de U, y de izquierda a derecha, en este caso RA2 es la pata o pin 1, y RA1 es la pata o pin 18 tal y como se observa en la figura La siguiente es la tabla 2.4.1, que nos muestra la organización de los pines del microcontrolador. 1 Pata 1 RA2 2 Pata 2 RA3 3 Pata 3 RA4/TOCKI 4 Pata 4 MCLR 5 Pata 5 Tierra (GND) 6 Pata 6 RB0/INT 7 Pata 7 RB1 8 Pata 8 RB2 9 Pata 9 RB3 10 Pata 10 RB4 11 Pata 11 RB5 12 Pata 12 RB6 13 Pata 13 RB7 14 Pata 14 V cc 15 Pata 15 OSC1/CLKIN 16 Pata 16 SC2/CLKOU 17 Pata 17 RA0 18 Pata 18 RA1 Tabla Organización de los Pines del Microcontrolador. El puerto A el cual tiene sólo cinco (RA0, RA1, RA2, RA3, RA4/TOCKI) pines que se pueden configurar como entrada o salida. La pata 3, o sea, RA4/TOCKI puede ser configurado a su vez como entrada/salida o como temporizador/contador. Cuando es salida se comporta como colector abierto, por lo tanto debemos poner una resistencia Pull-up a V cc de 1 Kohm. Cuando es configurada como entrada, funciona como disparador Schmitt Trigger por lo que puede reconocer señales con un poco de distorsión. Ingeniería en Control y Automatización 19

29 El puerto B tiene ocho pines (RB0/INT, RB1, RB2, RB3, RB4, RB5, RB6, RB7) que igualmente se pueden configurar como entrada o salida. Los pines 15 y 16 son únicamente para el oscilador externo. El pin 4, o sea, el MCLR (Reset) se debe conectar con una resistencia de 10 Kohm a V cc para que el PIC funcione, si lo queremos resetear entonces pondremos un micropulsador con una resistencia de 100 Ohm a tierra. La máxima capacidad de corriente para los puertos se muestra en la tabla PUERTO A PUERTO B MODO SUMIDERO 80 ma 150 ma MODO FUENTE 50 ma 100 ma Tabla Capacidad de corriente para los puertos. Por último tenemos los pines 14 (Tierra (GND)) y 5 (V cc ) que son la alimentación la cual no debe sobrepasar los 5 Volts. Es importante denotar que los pines de los puertos no utilizados los debemos conectar a +5V (V cc ) con una resistencia de 10 Kohm 6. OSC1/CLKIN y OSC2/CLKOUT: son para el oscilador, los tipos de osciladores más usados son el XT (cristal de cuarzo) y el RC (resistencia y condensador) el modo de conexión dado es el siguiente, y se puede ver en la tabla Ingeniería en Control y Automatización 20

30 XT Oscilador compuesto por un cristal y dos condensadores. C1=C2=22pF Crystal = 4MHz RC Oscilador compuesto por una resistencia y un condensador. C1 alrededor de 20pF R1 = 100K, ó 5K Tabla Conexión de los osciladores XT y RC. Nosotros proponemos utilizar un oscilador del tipo XT. Algunos de los pines tienen varias funciones, en la tabla se describe cada uno de ellos 7. 7 EDU-PIC 16F84 Punto Flotante, S.A Ingeniería en Control y Automatización 21

31 Pin Nombre Tipo Funciones 16 OSC1/CLKIN Input Señal 1 del Cristal oscilador. En modo RC, señal proveniente del oscilador RC. 15 OSC2/CLKOUT Output Señal 2 del Cristal oscilador. En modo RC, se genera una señal de salida (CLKOUT), que tiene ¼ de la frecuencia de la señal en OSC1 y determina el ciclo de instrucción. 4 MCLR Input Señal de reset externa. En modo de programación, recibe una señal de 12 a 13 Volts. 17 RA0 Bi Señal de entrada o salida. 18 RA1 Bi Señal de entrada o salida. 1 RA2 Bi Señal de entrada o salida. 2 RA3 Bi Señal de entrada o salida. 3 RA4/T0CLK1 Bi Señal de entrada o salida. También puede programarse para ser la entrada de reloj para el registro TMR0. 6 RB0/INT Bi Señal de entrada o salida. También puede programarse para funcionar como interrupción externa. 7 RB1 Bi Señal de entrada o salida. 8 RB2 Bi Señal de entrada o salida. 9 RB3 Bi Señal de entrada o salida. 10 RB4 Bi Señal de entrada o salida. 11 RB5 Bi Señal de entrada o salida. 12 RB6 Bi Señal de entrada o salida. En modo de programación, es una entrada de reloj para sincronizar los datos seriales. 13 RB7 Bi Señal de entrada o salida. En modo de programación. Es una señal con datos en formato serial. 5 V ss 5 V. Alimentación del circuito. 14 V dd GND Tierra del circuito. Tabla Funciones de los Pines del Microcontrolador. Ingeniería en Control y Automatización 22

32 2.4.1 ORGANIZACIÓN DE LA MEMORIA. En primer lugar tenemos que distinguir claramente entre tres tipos de memoria: La primera es la memoria EEPROM donde almacenaremos el programa que haremos, esta memoria solo podrá ser leída por el PIC (el PIC va leyendo las instrucciones del programa almacenado en esta memoria y las va ejecutando). Por cierto a que recordar que al apagar el PIC esta memoria no se borra. La segunda es la memoria RAM en cuyos registros se irán almacenando los valores de las variables que nosotros queramos y cuando nosotros queramos (por programa), al apagar el PIC esta memoria se borra. Y la tercera es la memoria EEPROM para datos, es un espacio de memoria EEPROM en la que se pueden guardar variables que queremos conservar aunque se apague el PIC LA MEMORIA EEPROM Ó MEMORIA DE PROGRAMA. El espacio marcado como "User Memory Space" es el espacio de memoria donde irá nuestro programa, comprende las direcciones de memoria desde la 0000h hasta la 3FFh (3FFh en decimal es 1023, mas la dirección 0000h hacen 1024 direcciones, es decir, 1Kbyte). "Reset Vector" es la primera dirección a la que se dirige el PIC al encenderlo o al resetearlo. "PC" y los "Stack Level" son empleados por el PIC y nosotros no tenemos acceso a ellos. La distribución de la memoria se puede ver en la figura Ingeniería en Control y Automatización 23

33 Figura Distribución de la memoria RAM LA MEMORIA RAM. La memoria RAM no solo se usa para almacenar nuestras variables, también se almacenan una serie de registros que configuran y controlan el PIC. Podemos observar en la figura que esta memoria esta dividida en dos bancos, el banco 0 y el banco 1, antes de acceder a un registro de esta memoria tenemos que preguntarnos en que banco estamos, generalmente se trabaja en el banco 0, ya veremos mas adelante como cambiamos de banco de memoria. Fijándonos en el banco 0, las direcciones desde la 00h hasta la 0Bh están ocupadas por registros del PIC, por lo que tendremos que empezar a guardar nuestras variables a partir de la dirección 0Ch. Ingeniería en Control y Automatización 24

34 Podremos acceder al resto de registros para cambiar la configuración o el estado del PIC, figura Figura Registros. Ingeniería en Control y Automatización 25

35 2.4.4 REGISTROS INTERNOS. A continuación se explican todos los registros de configuración y control de la memoria RAM. Estos registros se usan para controlar los pines del PIC, y para consultar los resultados de las operaciones de la ALU (unidad aritmética lógica). EN BANCO 0. INDF (direccionamiento indirecto): Dirección 00h, sirve para ver el dato de la dirección a la que apunta el registro FSR (dir. 04h) que veremos mas adelante. TMR0 (Timer/contador): Dirección 01h, Aquí se puede ver el valor en tiempo real del Timer/contador. También se puede introducir un valor y alterar así el conteo. Este conteo puede ser interno (cuenta ciclos de reloj) o externo (cuenta pulsos introducidos por RA4). PCL (Parte baja del contador de programa): Dirección 02h, Modificando este registro se modifica el contador de programa, este contador de programa es el que señala al PIC en que dirección (de EEPROM) tiene que leer la siguiente instrucción. Esto se utiliza mucho para consultar tablas. STATUS: Dirección 03h, este es uno de los registros mas importantes y el que mas vas a utilizar. Hay que analizar el funcionamiento de este registro bit a bit. CARRY, Dirección STATUS, 0 (bit 0): bit de desbordamiento. Este bit se pone a "1" cuando la operación anterior ha rebasado la capacidad de un byte. Por ejemplo, si sumo dos números y el resultado no cabe en 8 bit el CARRY se pone a "1", Pasa lo mismo cuando resto dos números y el resultado es un número negativo. Se puede usar para saber si un número es mayor que otro (restándolos, si hay acarreo es que el segundo era mayor que el primero). Una vez que este bit se pone a "1" Ingeniería en Control y Automatización 26

36 no se baja solo a 0, hay que hacerlo por programa si queremos volverlo a utilizar. DC (digit carry), Dirección STATUS, 1 (bit 1): lo mismo que el anterior pero esta vez nos avisa si el número no cabe en cuatro bits. Z (zero), Dirección STATUS, 2 (bit 2): Se pone a "1" si la operación anterior ha sido cero. Y pasa a "0" si la operación anterior no ha sido cero. Se usa para comprobar la igualdad entre dos números (restándolos, si el resultado es cero ambos números son iguales). PD (Power - Down bit), Dirección STATUS, 3 (bit3) se pone a "0" después de ejecutar la instrucción SLEEP, se pone a "1" después de ejecutar la instrucción CLRWDT o después de un power-up. TO (Timer Up), Dirección STATUS, 4 (bit4) se pone a "0" cuando se acaba el tiempo del WATCHDOG, Se pone a "1" después de ejecutar las instrucciones, CLRWDT o SLEEP o después de un power-up. RP0 y RP1 (selección de banco), Dirección STATUS 5 y STATUS 6. Como el PIC16F84 solo tiene dos bancos de memoria el RP1 no se usa para nada, la selección del banco se hace mediante RP0 (STATUS 5), si está a "0" nos encontramos en el banco 0, y si está a "1" nos encontramos en el banco 1. IRP, Dirección STATUS 7, En este PIC no se usa para nada. FSR (Puntero), Dirección 04h, se usa para direccionamiento indirecto en combinación con el registro INDF (dirección 00h): se carga la dirección del registro que queremos leer indirectamente en FSR y se lee el contenido de dicho registró en INDF. PORTA (Puerto A), Dirección 05h. Con este registro se puede ver o modificar el estado de los pines del puerto A (RA0 - RA4). Si un bit de este registro está a "1" también lo estará el pin correspondiente a ese bit. El que un pin esté a "1" quiere decir que su tensión es de 5V, si está a "0" su tensión es 0V. Ingeniería en Control y Automatización 27

37 Correspondencia: Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación RA0 ==> PORTA,0 RA1 ==> PORTA,1 RA2 ==> PORTA,2 RA3 ==> PORTA,3 RA4 ==> PORTA,4 PORTB (Puerto B), Dirección 06h igual que PORTA pero con el puerto B Correspondencia: RB0 ==> PORTB,0 RB1 ==> PORTB,1 RB2 ==> PORTB,2 RB3 ==> PORTB,3 RB4 ==> PORTB,4 RB5 ==> PORTB,5 RB6 ==> PORTB,6 RB7 ==> PORTB,7 Dirección 07h, No utilizada por este PIC. EEDATA, Dirección 08h. En este registro se pone el dato que se quiere grabar en la EEPROM de datos EEADR, Dirección 09h. En este registro se pone la dirección de la EEPROM de datos donde queremos almacenar el contenido de EEDATA PCLATH, Dirección 0Ah. Modifica la parte alta del contador de programa (PC), el contador de programa se compone de 13 bits, los 8 bits de menor peso se pueden modificar con PCL (dirección 02h) y los 5 bits de mayor peso se pueden modificar con PCLATH. INTCON (controla las interrupciones), Dirección 0Bh. Se estudia bit a bit. Ingeniería en Control y Automatización 28

38 Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación RBIF (Flag de interrupción por cambio de PORTB) Dirección INTCON, 0 (bit 0) se pone a "1" cuando alguno de los pines RB4, RB5, RB6, o RB7 cambia su estado. Una vez que está a "1" no pasa a "0" por si mismo: hay que ponerlo a cero por programa. INTF (Flag de interrupción de RB0) Dirección INTCON, 1. Si está a "1" es que ha ocurrido una interrupción por RB0, si está a "0" es que dicha interrupción no ha ocurrido. Este bit es una copia de RB0. TOIF (Flag de interrupción por desbordamiento de TMR0) Dirección INTCON, 2. Cuando TMR0 se desborda este Flag avisa poniéndose a "1". Poner a "0" por programa. RBIE (Habilita la interrupción por cambio de PORTB) Dirección INTCON, 3. Si está a "1" las interrupciones por cambio de PORTB son posibles. INTE (Habilita la interrupción por RB0) Dirección INTCON, 4. Si lo ponemos a "1" la interrupción por RB0 es posible. TOIE (Habilita la interrupción por desbordamiento de TMR0) Dirección INTCON, 5. Si este bit esta a "1" la interrupción por desbordamiento de TMR0 es posible. EEIE (Habilita la interrupción por fin de escritura en la EEPROM de datos) Dirección INTCON, 6. Cuando este bit está a "1" la interrupción cuando acaba la escritura en la EEPROM de datos es posible. GIE (Habilita las interrupciones globalmente) Dirección INTCON, 7. Este bit permite que cualquier interrupción de las anteriores sea posible. Para usar alguna de las interrupciones anteriores hay que habilitarlas globalmente e individualmente. En BANCO 1. INDF, Dirección 00h, Igual que en el Banco 0 OPTION, Dirección 01h, (configuración del prescaler, Timer, y alguna cosa más) Se estudia bit a bit. Ingeniería en Control y Automatización 29

39 PS0, PS1 y PS2 (Bits del 0 al 2) Configuración del prescaler: El prescaler es un divisor de pulsos que está a la entrada del Timer-contador. El prescaler divide el número de pulsos que le entran al timer-contador o al Wachtdog. El factor de división es el siguiente (según los valores de PS2, PS1 y PS0 respectivamente. Se puede ver en la tabla Bit Value TMR Rate WDT Rate 0 1:2 1:1 1 1:4 1:2 10 1:8 1:4 11 1:16 1: :32 1: :64 1: :128 1: :256 1:128 Tabla Factor de División PS2, PS1 PS0. PSA, Dirección OPTION 3. Bit de asignación de prescaler: si está a "1" el prescaler se asigna a WDT (Wachtdog), si está a "0" se asigna al TMR0. TOSE, Dirección OPTION 4. Bit de selección del tipo de flanco para TMR0. A "1" se incrementa TMR0 por flanco descendente de RA4, a "0" se incrementa TMR0 por flanco ascendente de RA4. TOCS, Dirección OPTION 5. Selecciona la entrada de reloj de TMR0. A "1" la entrada de reloj de TMR0 es por flanco de la patilla RA4, a "0" la entrada de reloj de TMR0 es por ciclo de reloj interno. INTEDG, Dirección OPTION 6. Tipo de flanco para la interrupción por RB0: A "1" la interrupción será por flanco ascendente, a "0" la interrupción será por flanco descendente. RBPU, dirección OPTION 7. Carga Pull-Up en puerto B. A "0" todas las salidas del puerto B tendrán una carga de pull-up interna. PCL, Dirección 02h, igual que en el banco 0. STATUS, Dirección 03h, Igual que en el banco 0. Ingeniería en Control y Automatización 30

40 FSR, Dirección 04h, Igual que en el banco 0. TRISA, Dirección 05h, Configura el puerto A como entrada o salida. Si un bit de este registro se pone a "0" el pin correspondiente en el puerto A será una salida, por el contrario, si se pone a "1" el pin correspondiente en el puerto A será una entrada. TRISB, Dirección 06h, Igual que el anterior pero con el puerto B. Dirección 07h, No usada en este PIC. EECON1, Dirección 08h, Controla la lectura y escritura en la EEPROM de datos. Se estudia bit a bit. RD, Dirección EECON1, 0 (bit 0) A "1" iniciamos el ciclo de lectura, cuando acaba el ciclo se pone a "0" el solito realiza la operación. WR, Dirección EECON1, 1 (bit 1) A "1" indicamos que comienza el ciclo de escritura, cuando acaba el ciclo se pone a "0" él solito realiza la operación. WREN, Dirección EECON1, 2 (bit 2) si lo ponemos a "1" se permite la escritura, a "0" no se permite. WRERR, Dirección EECON1, 3 (bit 3) error de escritura, si está a "1" indica que no se ha terminado el ciclo de escritura. EEIF, Dirección EECON1, 4 (bit 4) interrupción de ciclo de escritura de la EEPROM, si está a "1" indica que el ciclo de escritura ha terminado, hay que ponerlo a "0" por programa. Bits del 5 al 7 no se utilizan. EECON2, Dirección 09h, Se utiliza para la escritura en la EEPROM de datos como medida de seguridad: para poder guardar algo en la EPROM hay que cargar el valor 55h en este registro. PCLATH, Dirección 0Ah, Igual que en el banco 0. INTCON, Dirección 0Bh, Igual que en el banco 1. Ingeniería en Control y Automatización 31

41 2.4.5 SET DE INSTRUCCIONES DEL PIC16F84. Para entender mejor cada instrucción se explica a continuación el significado de algunos parámetros: f: Registro al que afecta la instrucción W: Acumulador (Working register) b: Número de bit (hay instrucciones que afectan a un solo bit) k: constante (un número) d: selección de destino del resultado de la instrucción, puede ser "0" o "1", si es "0" el resultado se guarda en el acumulador (W) y si es "1" se guarda en el registro f al que afecta la instrucción INSTRUCCIONES ORIENTADAS A REGISTROS. ADDWF f, d Suma W y el registro f, el resultado lo guarda según d (si d=0 se guarda en W y si d=1 se guarda en f). ANDWF f, d Realiza la operación AND lógica entre W y f, el resultado lo guarda según d. CLRF f Borra el registro f (pone todos sus bits a cero). CLRW Borra el acumulador. COMF f, d Calcula el complementario del registro f (los bits que están a "0" los pone a "1" y viceversa. Resultado según d. DECF f, d Decremento de f en uno (le resta uno). Resultado según d. DECFSZ f, d Decremento f y se salta la siguiente instrucción si el resultado es cero. Resultado según d. INCF f, d Incrementa f en uno (le suma uno). Resultado según d. INCFSZ f, d Incrementa f y se salta la siguiente instrucción si el resultado es cero (cuando se desborda un registro vuelve al valor 00h). Resultado según d. IORWF f, d Realiza la operación lógica OR entre W y f. Resultado según d. Ingeniería en Control y Automatización 32

42 Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación MOVF f, d Mueve el contenido del registro f a W si d=0 (si d=1 lo vuelve a poner en el mismo registro) MOVWF f mueve el valor de W a f. NOP No hace nada, solo pierde el tiempo durante un ciclo. RLF f, d Rota el registro f hacia la izquierda a través del bit CARRY (todos los bits se mueven un lugar hacia la izquierda, el bit 7 de f pasa al CARRY y el bit CARRY pasa al bit 0 de f). Resultado según d. RRF f, d Lo mismo que RLF pero hacia la derecha. SUBWF f, d Resta f y W (f - W). Resultado según d. SWAPF f, d intercambia los 4 primeros bits de f por los otros cuatro. Resultado según d. XORWF f, d Realiza la operación lógica XOR (OR exclusiva) entre W y f. Resultado según d. Lo que se pone después de ; solo son comentarios para el programa INSTRUCCIONES ORIENTADAS A BITS. BCF f, b Pone a "0" el bit b del registro f BSF f, d Pone a "1" el bit b del registro f BTFSC f, b Se salta la siguiente instrucción si el bit b del registro f es "0" BTFSS f, b Se salta la siguiente instrucción si el bit b del registro f es "1" INSTRUCCIONES ORIENTADAS A CONSTANTES DE CONTROL. ADDLW k Le suma el valor k al acumulador (W). ANDLW k Operación lógica AND entre W y el valor k (resultado en W). CALL k Llamada a subrutina cuyo inicio esta en la dirección k. CLRWDT - Borra el registro Watch dog. GOTO k Salta a la dirección k de programa. IORLW k Operación lógica OR entre W y el valor k (resultado en W). MOVLW k carga el acumulador con el valor k. Ingeniería en Control y Automatización 33

43 RETFIE - Instrucción para volver de la interrupción. RETLW k carga el valor k en W y vuelve de la interrupción. RETURN - vuelve de una subrutina. SLEEP - El PIC pasa a modo de Stand by INSTRUCCIONES PARA EL ENSAMBLADOR. Existen una serie de instrucciones que son para el ensamblador y nos hacen la tarea de programación más sencilla y más legible. EQU: Un ejemplo de esto son las etiquetas, podemos poner un nombre a un registro de memoria, esto se hace mediante la instrucción EQU. #DEFINE: Otra instrucción para el ensamblador que usaremos será la instrucción #DEFINE. Es parecido a EQU, solo que aquí no ponemos etiquetas a un registro, podemos ponerla a una instrucción entera, ORG: Indica al ensamblador la dirección (de memoria de programa) donde se guardará la instrucción que vaya a continuación. END: Se escribe al final del programa para indicar que ya ha acabado. (es obligatorio, si no da error). Etiquetas a direcciones de Programa: muy útiles para usar con instrucciones CALL (Llamada a subrutina) o GOTO (Salto) SUBRUTINAS. Una subrutina o subprograma es una parte de programa que hace algo concreto y se repite a menudo, para ahorrar memoria y esfuerzo y para hacer el programa mas comprensible se agrupa en forma de subrutina. Una subrutina se debe ejecutar siempre llamándola con la instrucción CALL y al final de dicha subrutina debe haber siempre un RETURN. En la figura muestra como funcionan las subrutinas. Ingeniería en Control y Automatización 34

44 Figura Subrutinas. Cuando se produce una interrupción el PIC deja automáticamente lo que esté haciendo, va directo a la dirección 04h de programa y ejecuta lo que encuentre a partir de allí hasta encontrarse con la instrucción RETFIE que le hará abandonar la interrupción y volver al lugar donde se encontraba antes de producirse dicha interrupción. Para que se pueda producir una interrupción hay que habilitar las interrupciones globalmente y la interrupción en concreto que queremos utilizar (con el registro INTCON). Este PIC tiene 4 tipos de posibles interrupciones: 1. Por cambio en los bits RB4-RB7. 2. Por el estado de RB0. 3. Por desbordamiento del Timer-contador. 4. Por fin de ciclo de escritura de la EEPROM de datos. Mientras se está ejecutando una interrupción no se puede producir otra interrupción, el PIC no lo permite. Una cosa importante a tener en cuenta al usar interrupciones es que cuando estas se producen podríamos estar trabajando con registros que pueden ser Ingeniería en Control y Automatización 35

45 modificados en la propia interrupción, como el acumulador o el STATUS. Para que la interrupción no eche a perder el buen funcionamiento del programa principal conviene guardar los valores de estos registros en otras variables que no vayamos a modificar. Antes de salir de la interrupción volvemos a restaurar los valores guardados y todo solucionado TIMER - CONTADOR TMR0. El registro TMR0 puede contar ciclos de instrucción interna o pulsos de entrada por RA4 según el valor del bit 5 del registro OPTION (TOCS). Si este bit está a "1" TMR0 cuenta pulsos por RA4 y se le llama Contador; si el bit está a "0" cuenta ciclos de instrucción interna y se le llama Timer. Cada ciclo de instrucción dura 4 veces el ciclo del reloj del PIC (para un reloj de 4MHz ==> Ciclo reloj=0,25 µseg ==> Ciclo instrucción = 4 X 0,25 = 1µSeg). Cuando lo usamos como contador (Por RA4) podemos determinar si el incremento se hará por flanco ascendente o descendente con el bit 4 del registro OPTION (TOSE). Podemos leer o escribir el registro TMR0 en cualquier momento. Cuando escribamos en él deja de contar durante dos ciclos, cuando lo leamos no pasa nada. Podemos asignar el prescaler al TMR0, si hacemos esto podemos elegir el factor en el que se verá dividido el conteo mediante los bits del 0 al 2 del registro OPTION según la tabla del factor de división. 8 Microcontrolador PIC 16F84. Desarrollo de Proyectos. Enrique Palacios Municio Fernando Remiro Domínguez, Lucas J. López Pérez. Editorial Alfa omega. Edición Agosto 2004 Ingeniería en Control y Automatización 36

46 También podemos utilizar la interrupción que se produce cuando se desborda el TMR0, es decir, cuando pasa de FFh a 00h. (Se configura desde el registro INTCON) PULSADORES E INTERRUPTORES (REBOTES). Es muy normal usar pulsadores o interruptores en alguna de las entradas del PIC para controlarlo. Estos pulsadores no hacen una conexión perfecta e instantánea como podemos pensar, un pulsador se compone de dos partes de metal que entran en contacto (choca una con la otra) al accionarlo. Este choque genera unos pequeñísimos rebotes que suceden tan rápido que son imperceptibles para nosotros, sin embargo, no lo son para el PIC que trabaja a esas velocidades. Esto es un problema muy común que puede provocar problemas si no lo conocemos. La siguiente figura muestra lo que pasaría al accionar un pulsador. Figura Pulsador. La solución es sencilla, basta con añadir un pequeño retardo en nuestro programa desde que se detecta el primer pulso hasta que se vuelve a leer la entrada del pulsador. Dicho retardo debe ser suficientemente largo para asegurar que cuando finalice ya se hayan extinguido los rebotes, pero también suficientemente corto para que sea imperceptible para nosotros Ingeniería en Control y Automatización 37

47 Después de ver el entorno del microcontrolador y para nuestro proyecto debemos mencionar que este dispositivo lo vamos a programar en el siguiente software, para posteriormente descargarlo a través de un quemador por el puerto serial de la computadora, para que este listo el dispositivo y se pueda colocar en la placa del circuito final. Ingeniería en Control y Automatización 38

48 2.5. MPLAB-IDE. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación MPLAB-IDE es una Plataforma de Desarrollo Integrada bajo Windows, con múltiples prestaciones, que permite escribir el programa para los PIC en lenguaje ensamblador (assembler), crear proyectos, ensamblar o compilar, simular el programa y finalmente programar el componente, si se cuenta con el programador adecuado(quemador). MPLAB incorpora todas las utilidades necesarias para la realización de cualquier proyecto, el programa permite editar el archivo fuente en lenguaje ensamblador de nuestro proyecto, además de ensamblarlo y simularlo en pantalla, para poder ejecutarlo posteriormente en modo paso a paso y ver como evolucionarían de forma real tanto sus registros internos, la memoria RAM y EEPROM de usuario como la memoria de programa, según se fueran ejecutando las instrucciones. Nos vamos a centrar en la versión 7.50 de Microchip. Que se muestra en la figura PARTES DE MPLAB-IDE. EDITOR: Editor incorporado que permite escribir y editar programas u otros archivos de texto. PROJECT MANAGER: Organiza los distintos archivos relacionados con un programa en un proyecto. Permite crear un proyecto, editar y simular un programa. Además crea archivos objetos y permite bajar archivos hacia emuladores (MPLAB-ICE) o simuladores de hardware (SIMICE). SIMULADOR: Simulador de eventos discretos que permite simular programas con ilimitados breakpoint, examinar/modificar registros, observar variables, tiempos y simular estímulos externos. ENSAMBLADOR: Genera varios tipos de archivos objetos y relacionados, para programadores Microchip y universales. Ingeniería en Control y Automatización 39

49 LINKER: Permite unir varios archivos objetos en uno solo, generados por el ensamblador o compiladores C como MPAB-C18 o compiladores de terceros 10. Figura MPLAB-IDE. Debemos recordar que el PIC entrega señal digital, Cómo vamos hacer para que se comunique con la computadora?, bueno para responder a esta pregunta debemos anexar otro componente electrónico el cual se encarga de comunicarse con la PC a través de puerto RS232 por medio del cable de comunicación DB9, más adelante veremos esto con mayor detalle, por ahora explicaremos el circuito integrado MAX Ingeniería en Control y Automatización 40

50 2.6. MAX232. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Para poder comunicar un microcontrolador con la computadora, es recomendable hacerlo a través de un circuito integrado llamado MAX232, dicho circuito regula los niveles de tensión para poder enviar información en forma de señales digitales a través de la línea RS Así el MAX232 soluciona la conexión necesaria para lograr comunicación entre el puerto serie de una PC y cualquier otro circuito con funcionamiento en base a señales de nivel TTL/CMOS. El circuito integrado posee dos conversores de nivel TTL a RS232 y otros dos que, a la inversa, convierten de RS232 a TTL. Estos conversores son suficientes para manejar las cuatro señales más utilizadas del puerto serie del PC, que son TX, RX, RTS y CTS. TX es la señal de transmisión de datos, RX es la de recepción, y RTS y CTS se utilizan para establecer el protocolo para el envío y recepción de los datos. Además este circuito necesita de 5 V para su funcionamiento. A continuación en la figura se muestra la estructura del integrado MAX Donde se puede ver todo lo mencionado anteriormente además de que se ve la estructura interna del mismo Ingeniería en Control y Automatización 41

51 Figura Estructura del Integrado MAX32. Como se observa en la figura 2.6.1, el MAX232 dispone internamente de 4 conversores de niveles TTL al bus estándar RS232 y viceversa. Para que el MAX232 funcione correctamente deberemos de poner unos condensadores externos, todo esto lo podemos ver en el mismo diagrama. Pero cómo es que se realiza la comunicación? Qué es el protocolo RS232? y Cuál es el medio físico por el que se realiza esta comunicación?; para responder estas preguntas, hablaremos sobre el protocolo RS232 y el medio en el que se realiza la comunicación. Ingeniería en Control y Automatización 42

52 2.7. PROTOCOLO RS-232. Tenemos que el puerto serial de las computadoras es conocido como puerto RS- 232, la ventaja de este puerto es que todas las computadoras traen al menos un puerto serial, este permite la comunicaciones entre otros dispositivos tales como una computadora, el mouse, la impresora y para nuestro caso con los microcontroladores y los elementos montados en campo. Existen dos formas de intercambiar información binaria: de forma paralela y de forma serial. La comunicación paralela transmite todos los bits de un dato de maneras simultánea, por lo tanto la velocidad de transferencia es rápida, sin embargo tiene la desventaja de utilizar una gran cantidad de líneas, es por ello que se vuelve mas costoso y tiene las desventaja de atenuarse a grandes distancias, por la capacitancia entre conductores así como sus parámetros distribuidos TIPOS DE COMUNICACIONES SERIALES. Existen dos tipos de comunicaciones seriales: la síncrona y asíncrona. En la comunicación serial síncrona, se necesitan 2 líneas, una línea sobre la cual se transmitirán los datos y otra la cual contendrá los pulsos de reloj que indicaran cuando un dato es valido. En la comunicación serial asíncrona, no son necesarios los pulsos de reloj. La duración de cada bit esta determinada por la velocidad con la cual se realiza la transferencia de datos. Para iniciar la transmisión de datos, el transmisor coloca esta línea en bajo durante un determinado tiempo, a lo cual se le conoce como bit de arranque (Start bit) y a continuación empieza a transmitir en un intervalo de tiempo fijo, los bits Ingeniería en Control y Automatización 43

53 correspondientes al dato, empezando siempre por el BIT menos significativo (LSB), y terminando con el BIT mas significativo. Debemos sincronizar el receptor con el transmisor, esto quiere decir que el transmisor y el receptor deberán tener los mismos parámetros de velocidad, paridad, número de bits del dato transmitido y de BIT de parada LA NORMA RS-232. Debido a que existe un gran aumento de equipos de control y automatización, y se debe realizar comunicación entre ellos, en este protocolo surgió la necesidad de un acuerdo que permitirá a los equipos de varios fabricantes comunicarse entre si. Así que la EIA (Electronics Industry Association) elaboro la norma RS-232, la cual define la interfase mecánica, los pines, las señales y los protocolos que debe cumplir la comunicación serial. Entonces esta norma especifica que el RS-232 debe cumplir con los siguientes niveles de tensión: Para un 1 lógico es una tensión comprendida entre 5V y 15V en el transmisor y entre -3V y 25V en el receptor. De la misma forma para un 0 lógico es una tensión comprendido entre +5V y +15V en el trasmisor y entre +3V y +25V en el receptor. Con lo anterior mencionado decimos que el envío de niveles lógicos (bits) a través del cable o línea de transmisión necesita la conversión a tensiones apropiadas. En los microcontroladores para representar un 0 lógico se trabaja con tensión inferior a 0.8V y para un 1 lógico con tensión mayor a 2V. Debido a esto en general Ingeniería en Control y Automatización 44

54 cuando se trabaja con familias con tecnología TTL/CMOS se asume que un 0 lógico es igual a cero V, y un 1 lógico es igual a 5V. La importancia de conocer esta norma, radica en los niveles de tensión que maneja el puerto serial del ordenador, ya que son diferentes a los que utilizan los microcontroladores y los demás circuitos integrados. Por lo tanto se necesita de una interfase que haga posible la conversión de niveles de tensión y para esto utilizamos el circuito integrado MAX232 anteriormente descrito 13. Para que la transmisión de datos se pueda realizar de los elementos de campo a la PC, lo hacemos a través de cable DB9, este es el medio físico por el cual se realizará, aquí presentamos una explicación acerca de este conector. 13 Serial Port Complete Programming and Circuits for RS-232 and RS-485 Links and Networks. Jan Alexon Ingeniería en Control y Automatización 45

55 2.8. CONECTOR DB9. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación El conector DB9 es un cable de comunicación, con dos extremos de forma DB9; se llama así porque tiene la forma de una D; y tiene el numero 9 porque tiene 9 pines de conexión (patitas). Este tipo de conector se encuentras en la parte posterior de la computadora; pero en la PC hay conectores DB9 macho, por el que se conectan los dispositivos al puerto serie. Sin embargo los conectores hembra que se enchufan tienen una colocación de pines diferente, de manera que se conectan el pin 1 del macho con el pin 1 del hembra, el pin2 con el 2, y así sucesivamente como se observa en la figura Figura Conector DB9 macho y hembra. La información asociada a cada uno de los pines es de la tabla Número de pin Señal 1 DCD (Data Carrier Detect) 2 RX 3 TX 4 DTR (Data Terminal Ready) 5 GND 6 DSR (Data Sheet Ready) 7 RTS (Request To Send) 8 CTS (Clear To Send) 9 RI (Ring Indicador) Tabla Información de los Pines de cada Conector. Ingeniería en Control y Automatización 46

56 Las características de los pines y su nombre típico son: TX RX RTS DTR CTS DSR DCD GND RI Transmitir Datos Señal de salida Recibir Datos Señal de entrada Solicitud de envió Señal de salida Terminal de datos listo Señal de salida Libre para envió Señal de entrada Equipo de datos listo Señal de entrada Detección de portadora Señal de entrada Tierra Referencia para señales Indicador de llamada Señal de entrada Los pines que portan los datos son RX y TX los demás se encargan de otros trabajos, el DTR indica que el ordenador esta encendido, DSR que el dispositivo conectado al puerto esta encendido, RTS que el ordenador al no estar ocupado puede recibir datos, al revés de CTS que lo que informa es que es el dispositivo el que puede recibir datos, DCD detecta que existen presencia de datos, etc. 14. Antes de iniciar cualquier comunicación con el puerto RS232 se debe de determinar el protocolo a seguir dado que el estándar del protocolo no permite indicar en que modo se esta trabajando, es la persona que utiliza el protocolo el que debe decidir y configurar ambas partes antes de iniciar la transmisión de datos Ingeniería en Control y Automatización 47

57 Siendo los parámetros a configurar los siguientes: Protocolo serie (numero bits-paridad-bits stop). Velocidad de puerto. Protocolo de control de flujo (RTS/CTS o XON/XOFF). Todas estas configuraciones serán mencionadas más adelante al desarrollar la aplicación de visual Basic, ya que ahí es donde se podrá visualizar la aplicación real del sensor de temperatura, a continuación se da la explicación de dicho software, y posteriormente todo el desarrollo en el mismo. Ingeniería en Control y Automatización 48

58 2.9. VISUAL BASIC. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Visual Basic 6.0 es una excelente herramienta de programación que permite crear aplicaciones propias (programas) para Windows. Con ella se puede crear desde una simple calculadora hasta una hoja de cálculo de la talla de Excel (en sus primeras versiones...), pasando por un procesador de textos o cualquier otra aplicación que se le ocurra al programador. Sus aplicaciones en Ingeniería son casi ilimitadas: representación de movimientos mecánicos o de funciones matemáticas, gráficas termodinámicas, simulación de circuitos, etc. Este programa permite crear ventanas, botones, menús y cualquier otro elemento de Windows de una forma fácil e intuitiva. El lenguaje de programación que se utilizará será el Basic. Visual Basic 6.0 es uno de los lenguajes de programación que más entusiasmo despiertan entre los programadores, tanto expertos como novatos. En el caso de los programadores expertos por la facilidad con la que desarrollan aplicaciones complejas en poquísimo tiempo (comparado con lo que cuesta programar en Visual C++, por ejemplo). En el caso de los programadores novatos por el hecho de ver de lo que son capaces a los pocos minutos de empezar su aprendizaje. El precio que hay que pagar por utilizar Visual Basic 6.0 es una menor velocidad o eficiencia en las aplicaciones. Visual Basic 6.0 es un lenguaje de programación visual, también llamado lenguaje de 4ª generación. Esto quiere decir que un gran número de tareas se realizan sin escribir código, simplemente con operaciones gráficas realizadas con el ratón sobre la pantalla. Ingeniería en Control y Automatización 49

59 Visual Basic 6.0 es también un programa basado en objetos, aunque no orientado a objetos como C++ o Java. La diferencia está en que Visual Basic 6.0 utiliza objetos con propiedades y métodos, pero carece de los mecanismos de herencia y polimorfismo propios de los verdaderos lenguajes orientados a objetos como Java y C PROGRAMAS SECUENCIALES, INTERACTIVOS Y ORIENTADOS A EVENTOS. Existen distintos tipos de programas. En los primeros tiempos de los ordenadores los programas eran de tipo secuencial (también llamados tipo batch). Un programa secuencial es un programa que se arranca, lee los datos que necesita, realiza los cálculos e imprime o guarda en el disco los resultados. De ordinario, mientras un programa secuencial está ejecutándose no necesita ninguna intervención del usuario. A este tipo de programas se les llama también programas basados u orientados a procedimientos o a algoritmos. Los programas interactivos exigen la intervención del usuario en tiempo de ejecución, bien para suministrar datos, bien para indicar al programa lo que debe hacer por medio de menús. Los programas interactivos limitan y orientan la acción del usuario. Un ejemplo de programa interactivo podría ser Matlab. Por su parte los programas orientados a eventos son los programas típicos de Windows, tales como Netscape, Word, Excel y PowerPoint. Cuando uno de estos programas ha arrancado, lo único que hace es quedarse a la espera de las acciones del usuario, que en este caso son llamadas eventos. El usuario dice si quiere abrir y modificar un fichero existente, o bien comenzar a crear un fichero desde el principio. Estos programas pasan la mayor parte de su tiempo esperando las acciones del usuario (eventos) y respondiendo a ellas. Las Ingeniería en Control y Automatización 50

60 acciones que el usuario puede realizar en un momento determinado son variadísimas, y exigen un tipo especial de programación: la programación orientada a eventos. Este tipo de programación es sensiblemente más complicada que la secuencial y la interactiva, pero Visual Basic 6.0 la hace especialmente sencilla y agradable PROGRAMAS PARA EL ENTORNO WINDOWS. Visual Basic 6.0 está orientado a la realización de programas para Windows, pudiendo incorporar todos los elementos de este entorno informático: ventanas, botones, cajas de diálogo y de texto, botones de opción y de selección, barras de desplazamiento, gráficos, menús, etc. Prácticamente todos los elementos de interacción con el usuario de los que dispone Windows 95/98/NT pueden ser programados en Visual Basic 6.0 de un modo muy sencillo. En ocasiones bastan unas pocas operaciones con el ratón y la introducción a través del teclado de algunas sentencias para disponer de aplicaciones con todas las características de Windows MODO DE DISEÑO Y MODO DE EJECUCIÓN. La aplicación Visual Basic de Microsoft puede trabajar de dos modos distintos: en modo de diseño y en modo de ejecución. En modo de diseño el usuario construye interactivamente la aplicación, colocando controles en el formulario, definiendo sus propiedades, y desarrollando funciones para gestionar los eventos. La aplicación se prueba en modo de ejecución. En ese caso el usuario actúa sobre el programa (introduce eventos) y prueba cómo responde el programa. Ingeniería en Control y Automatización 51

61 Hay algunas propiedades de los controles que deben establecerse en modo de diseño, pero muchas otras pueden cambiarse en tiempo de ejecución desde el programa escrito en Visual Basic FORMULARIOS Y CONTROLES. Cada uno de los elementos gráficos que pueden formar parte de una aplicación típica de Windows es un tipo de control: los botones, las cajas de diálogo y de texto, las cajas de selección despegables, los botones de opción y de selección, las barras de desplazamiento horizontales y verticales, los gráficos, los menús, y muchos otros tipos de elementos son controles para Visual Basic 6.0. Cada control debe tener un nombre a través del cual se puede hacer referencia a él en el programa. Visual Basic 6.0 proporciona nombres de inicio que el usuario puede modificar. En la terminología de Visual Basic 6.0 se llama formulario (form) a una ventana. Un formulario puede ser considerado como una especie de contenedor para los controles. Una aplicación puede tener varios formularios, pero un único formulario puede ser suficiente para las aplicaciones más sencillas. Los formularios deben también tener un nombre, que puede crearse siguiendo las mismas reglas que para los controles. Cada formulario y cada tipo de control tienen un conjunto de propiedades que definen su aspecto gráfico (tamaño, color, posición en la ventana, tipo y tamaño de letra, etc.) y su forma de responder a las acciones del usuario (si está activo o no, por ejemplo). Cada propiedad tiene un nombre que viene ya definido por el lenguaje. Por lo general, las propiedades de un objeto son datos que tienen valores lógicos (True, False) o numéricos concretos, propios de ese objeto y distintos de las de Ingeniería en Control y Automatización 52

62 otros objetos de su clase. Así pues, cada clase, tipo de objeto o control tiene su conjunto de propiedades, y cada objeto o control concreto tiene unos valores determinados para las propiedades de su clase. Casi todas las propiedades de los objetos pueden establecerse en tiempo de diseño y también en tiempo de ejecución. Se puede acceder a una propiedad de un objeto por medio del nombre del objeto a que pertenece, seguido de un punto y el nombre de la propiedad EVENTOS. Ya se ha dicho que las acciones del usuario sobre el programa se llaman eventos. Son eventos típicos el hacer clic sobre un botón, el hacer doble clic sobre el nombre de un fichero para abrirlo, el arrastrar un icono, el pulsar una tecla o combinación de teclas, el elegir una opción de un menú, el escribir en una caja de texto, o simplemente mover el ratón. Cada vez que se produce un evento sobre un determinado tipo de control, Visual Basic 6.0 arranca una determinada función o procedimiento que realiza la acción programada por el usuario para ese evento concreto. Estos procedimientos se llaman con un nombre que se forma a partir del nombre del objeto y el nombre del evento, separados por el carácter (_) MÉTODOS. Los métodos son funciones que también son llamadas desde programa, pero a diferencia de los procedimientos no son programadas por el usuario, sino que vienen ya pre-programadas con el lenguaje. Los métodos realizan tareas típicas, previsibles y comunes para todas las aplicaciones. De ahí que vengan con el Ingeniería en Control y Automatización 53

63 lenguaje y que se libere al usuario de la tarea de programarlos. Cada tipo de objeto o de control tiene sus propios métodos PROYECTOS Y FICHEROS. Cada aplicación que se empieza a desarrollar en Visual Basic 6.0 es un nuevo proyecto. Un proyecto comprende otras componentes más sencillas, como por ejemplo los formularios (que son las ventanas de la interfase de usuario de la nueva aplicación) y los módulos (que son conjuntos de funciones y procedimientos sin interfase gráfica de usuario) EL ENTORNO DE PROGRAMACIÓN VISUAL BASIC 6.0. Cuando se arranca Visual Basic 6.0 aparece en la pantalla una configuración que tiene los siguientes elementos: 1. La barra de títulos, la barra de menús y la barra de herramientas de Visual Basic 6.0 en modo Diseño. 2. Caja de herramientas (toolbox) con los controles disponibles. 3. Formulario (form) en gris, en que se pueden ir situando los controles. Está dotado de una rejilla (grid) para facilitar la alineación de los controles. 4. Ventana de proyecto, que muestra los formularios y otros módulos de programas que forman parte de la aplicación. 5. Ventana de Propiedades, en la que se pueden ver las propiedades del objeto seleccionado o del propio formulario. Si esta ventana no aparece, se puede hacer visible con la tecla <F4>. 6. Ventana FormLayout, que permite determinar la forma en que se abrirá la aplicación cuando comience a ejecutarse. Ingeniería en Control y Automatización 54

64 La figura muestra el entorno gráfico de Visual Basic. Figura Entorno gráfico de Visual Basic. Ingeniería en Control y Automatización 55

65 CAPÍTULO 3 SENSOR DE TEMPERATURA. Ingeniería en Control y Automatización 56

66 3.1. PROGRAMA DEL PIC 16F84 PARA EL SENSOR DE TEMPERATURA. Este es el entorno gráfico donde se hace el desarrollo del programa del PIC16F84, también se pueden mostar las funciones especiales del registro y la memoria del programa. Figura Programación en MPLAB para el Sensor de Temperatura. A continuación se presenta la programación para el sensor de temperatura: ;***************************IPN************************ ;**************************ESIME*********************** ;*******************UNIDAD ZACATENCO******************* ;*********INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION******* ;****************************************************** ;Declaracion de registros************************** LIST P=16F84 trans equ 0x0f status equ 0x03 PORTA equ 0x05 Ingeniería en Control y Automatización 57

67 PORTB equ 0x06 carry equ 0 TX equ 1 WR equ 2 CLK equ 3 INTR equ 4 clock equ 0x0c r0d equ 0x0d r0e equ 0x0f org 0 goto inicio org 5 inicio bsf status,5 movlw 0x11 movwf PORTA movlw 0xff movwf PORTB bcf status,5 bsf PORT,TX bcf PORTA,WR movlw 0x1f movwf clock salto1 decfsz clock goto salto1 bsf PORTA,WR movlw 0x1f movwf clock salto2 decfsz clock goto salto2 pulsos call reloj reloj bsf PORTA,CLK movlw 0x1f movwf clock reloj2 decfsz clock goto reloj2 bcf PORTA,CLK movlw 0x1f movwf clock reloj3 decfsz clock goto reloj3 return btfsc PORTA,INTR goto pulsos movf PORTB,w call enviar Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Ingeniería en Control y Automatización 58

68 enviar movwf trans xmrt movlw 8 movwf r0d bcf PORTA,TX call delay delay movlw.166 startup mov r0e redo nop nop decfsz r0e goto redo retlw 0 xnext bcf PORTA,TX bcf status,carry rrf trans btfsc status,carry bsf PORTA,TX call delay goto inicio end Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Ingeniería en Control y Automatización 59

69 3.2. PROGRAMACIÓN DEL ENTORNO GRÁFICO DE VISUAL BASIC. Figura Entorno gráfico en Visual Basic para el sensor de temperatura. Option Explicit Const Xon = &H11 Const Xoff = &H13 Private Sub boton1_click() LM35.Output = Chr$(Xoff) End Sub Private Sub boton2_click() LM35.Output = Chr$(Xon) End Sub Private Sub Form_Load() Form1.Caption = "Tomar la medida de la temperatura" LM35.Handshaking = 2 - comrts LM35.RThreshold = 1 LM35.RTSEnable = True Ingeniería en Control y Automatización 60

70 LM35.Settings = "9600,n,8,1" LM35.SThreshold = 1 LM35.PortOpen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" End Sub CAPÍTULO 4 DISEÑO DEL SISTEMA PARA EL ARRANQUE AUTOMÁTICO DE LA BOMBA. Ingeniería en Control y Automatización 61

71 4.1. SENSOR DE NIVEL DE AGUA. Se tiene un sensor de nivel de agua que se encuentra dentro de un tinaco para una casa-habitación, más adelante se mostrarán los cálculos de la cisterna y de la bomba (motor) para poder realizar el llenado del tinaco dependiendo del consumo de forma automática y que podremos visualizar a través de la computadora. Primeramente como participan el tinaco, la cisterna y la bomba (motor); veamos las características y el cálculo de dichos elementos SISTEMAS DE ABASTECIMIENTO DE AGUA POTABLE. Para abastecer el agua potable de una construcción, existen cuatro sistemas: 1. Presión directa de la red. Cuando los aparatos sanitarios son alimentados con la tubería que viene con la toma domiciliaria. 2. Gravedad. En este sistema se utiliza un recipiente en la parte alta de la construcción, en donde el agua baja por las tuberías para alimentar los diferentes aparatos sanitarios como: lavabo, regadera, fregadero, etc. 3. Sistema mixto. En este sistema se combinan dos sistemas, uno es de presión directa de la red; este trabaja cuando hay suficiente presión en la red de agua potable para hacer llegar el agua a los aparatos. Cuando el agua no alcanza a llegar a los aparatos, entra el segundo sistema en acción, el cual es la gravedad, ya que empieza a bajar el agua por las tuberías conectadas a este sistema. 4. Equipo de presión. Este sistema puede ser de varios tipos como: Ingeniería en Control y Automatización 62

72 Hidroneumáticos. Este sistema es muy utilizado en hoteles, hospitales, baños públicos, edificios de oficina. Bombeo programado. Este sistema es utilizado en edificios de gobierno, los clubes sociales, deportivos, hoteles. Hidrocel. Se utiliza en casas habitación particulares de un piso o de dos pisos, además en algunos comercios. Ingeniería en Control y Automatización 63

73 4.3. DOTACIONES DE AGUA. La tabla nos muestra la dotación de agua que se necesita para cada tipo de construcción. Tipo de construcción Lts/persona-día Habitación Tipo Popular 150 Habitación Regular 200 Habitación Residencial 300 Baños Públicos 200 Hoteles Oficinas 70 Hospitales Club Deportivo 300 Escuela Primaria 50 Escuela Secundaria 50 Restaurante 15 lt/persona Lavandería 20 lt/kg de ropa Cine 2 lt/espectador Fábricas sin Consumo Industrial 60 lt/persona Riego de Superficie (pasto) 5 lt/m2 Lavado de Banqueta 2 lt/m2 Tabla Dotaciones de agua por tipo de construcción. Ingeniería en Control y Automatización 64

74 4.4. DOTACION DE AGUA EN UNA CONSTRUCCIÓN. Para obtener la dotación de agua en una edificación es necesario saber cuántas personas habitarán ese lugar, cuando ese dato no se tenga hay que considerar la tabla recámara = 2 personas + 1 persona = 3 personas 2 recámaras = 4 personas + 1 persona = 5 personas 3 recámaras = 6 personas + 1 persona = 7 personas 4 recámaras = 8 personas + 1 persona = 9 personas Tabla Personas por recámara para la dotación de agua en una edificación. Una vez obtenido el número de personas se utilizará la tabla de dotaciones de agua y así sacar la capacidad de tinaco o tinacos. Para este proyecto recordando que es para una casa habitación vamos a considerar que es una casa promedio la cual cuenta con 3 recámaras; entonces: Vamos a realizar la estructura para una casa-habitación de dos niveles con tres recámaras. 3 recámaras = 6 personas + 1 persona = 7 personas 1 persona = 150 litros x día 7 personas = 1050 litros por día Debido a que comercialmente no hay tinacos de capacidad de 1050 litros, utilizaremos uno de con capacidad de 1100 litros. Pero si el cliente ya cuenta con un tinaco y una cisterna, y por supuesto una bomba, le planteamos este método de cálculo justificando con las ventajas y desventajas que puede tener su sistema comparado con este. Ingeniería en Control y Automatización 65

75 4.5. CISTERNA. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Depósito subterráneo donde se almacena agua potable, misma que se debe construir cumpliendo con los requerimientos que indica el reglamento de construcción y disposiciones sanitarias en vigor: 1. Serán construidas con materiales resistentes como el concreto o el tabique. 2. Se tendrá que impermeabilizar para evitar la humedad. 3. Las esquinas serán redondeadas para evitar acumulación de insectos, moho, bacterias, etc. 4. Tendrá una tapa registro para la entrada de una persona (mantenimiento). 5. Se pondrá una tubería de respiración (entrada de aire). 6. En el piso se respetará una pendiente del 1% al 2% para que la basura corra al cárcamo. 7. Habrá una distancia de 3m. al albañal o registro, si éste es de concreto; si el tubo es de PVC se podrá colocar a 0.60m. de distancia. 8. Se respetará una distancia de 1m. mínimo con los predios colindantes. 9. La pichancha será colocada a una altura mínima de 0.10m. del piso. 10. La capacidad será el doble del consumo diario. La figura representa un bosquejo de cómo debe ser la cisterna relacionado con los diez puntos anteriores. Ingeniería en Control y Automatización 66

76 Figura Cisterna. Ingeniería en Control y Automatización 67

77 4.6. CÁLCULO DE BOMBA. Para calcular la potencia de una bomba, se deben seguir los siguientes pasos: 1. Tomar la altura máxima, desde la tubería de succión hasta el tinaco. 2. Medir la longitud de la tubería de succión y descarga (horizontal). 3. Obtener la longitud equivalente en tubería de conexiones y válvulas que intervienen en la succión y la descarga. 4. Sumar los pasos 2 y 3 para obtener la longitud total (horizontal). 5. Considerar el 10% de la longitud total de la tubería horizontal. 6. Sumar la altura del paso 1 a la longitud del paso 5, para obtener la altura total, misma que se substituirá en la fórmula. 7. Escribir la fórmula sustituyendo valores. 8. Hacer las operaciones para obtener el resultado. HP Qxh tx 76 Dónde: HP = Potencial del motor t = Tiempo en segundos 76xtxHPxE Q h Q = Gasto en litros 76 = Coeficiente (sistema métrico) Qxh t 76xHPxE h = Altura en metros E = Eficiencia en metros Formula 1. E = Bombas de ¼ a 2 HP 50% al 60% Bombas de 2 ½ a 10 HP 60% al 70% Bombas mayores de 10HP 70% al 80% Ingeniería en Control y Automatización 68

78 Entonces proseguimos a calcular la potencia de una bomba, para una casa habitación de dos niveles donde la capacidad del tinaco es de 1100 litros y el tiempo de llenado es de 15 minutos (900 segundos). La figura muestra como esta conectada la tubería del tinaco a la bomba. Figura Conexión de la tubería del tinaco a la bomba. La tabla nos muestra la longitud equivalente de conexiones a tubería en metros. Diámetro Codo Codo Tee giro de Tee paso Válvula de Válvula de Válvula de (Pulgadas) Recto compuerta globo ángulo 3/8" /2" /4" " ¼" ½" " ½" Ingeniería en Control y Automatización 69

79 3" ½" " " " Tabla Longitud equivalente de conexiones a tubería en metros. Succión en 1 de diámetro: Nombre Piezas Longitud (m) Conector Codo Tuerca unión Válvula check Tabla Succión en 1 de diámetro. Descarga en ¾ de diámetro: Nombre Piezas Longitud (m) Conector Codo Codo Yee Válvula check Válvula de compuerta Válvula de flotador Tee unión Tabla Descarga en ¾ de diámetro. Ingeniería en Control y Automatización 70

80 Potencia de bombas en el mercado: ¼ = HP ½ = HP ¾ = HP 1 = HP 2 = HP 15 En la figura se muestra un esbozo de la tubería que podría ser la que se encargue de suministrar agua al tinaco de la cisterna, por medio de la bomba. El siguiente es el procedimiento para dicha potencia de la bomba, se pueden ver las tablas 4.6.1, y para guiarse con los cálculos. 1. Medir la altura total = = 9.0 m 2. Medir la longitud de tubería horizontal = = 6.5 m 3. Sumar la longitud de succión y descarga = = Sumar longitud horizontal, succión y descarga = = Dividir el punto cuatro entre 10 = Sumar todas las medidas = = Tomando la formula 1 para el cálculo de la bomba, en conjunto son los datos anteriores, tenemos: HP HP Qh t 76E sutituyendo Manual de Curso de Instalaciones Hidráulicas con tubería de cobre en CENAC. Ingeniería en Control y Automatización 71

81 Entonces decimos que la potencia es de HP; pero ya que comercialmente no hay ese valor, debemos ocupar el de: ½ = HP El siguiente elemento es el sensor de nivel para líquidos este se va a localizar en el tinaco en la parte inferior y en la parte superior, así como e la cisterna en la parte inferior, esto se hace con el objetivo de que el tinaco se llene en cuanto detecte un nivel bajo de agua, pero siempre que se tenga nivel de agua en la cisterna porque de lo contrario la bomba puede arrancar sin agua y eso causaría un serio problema al motor. Ingeniería en Control y Automatización 72

82 4.7. SENSOR DE NIVEL PARA LÍQUIDOS (ELS-1150). La instalación de este sensor se debe de hacer siguiendo los siguientes puntos: 1. 3/4" es el Interruptor del Hilo recto: el sensor del hilo en la pared del tanque se aprieta a mano. Apretar a un torque máximo de 15 pie-lbs. 2. 1/2" NPT Interruptor: Aplique un sellador de hilo de tipo Loctite #565 con el primer "N") que es compatible con los medios de comunicación líquidos. 2. El sensor puede instalarse horizontalmente o a 45 de horizontal. Ver la figura No instalar el sensor cerca de fuentes infrarrojas. 4. La superficie del prisma debe ser menor de 2" que cualquier superficie reflexiva. 5. Conecte el suministro de tensión apropiado a la Terminal roja. Para unidades de 12 VDC, conecte a 12 VDC ±5%. Para unidades de 5 VDC, conecte a 5 VDC ±5%. Para unidades de 24 VDC, conecte a 24 VDC ±5%. 6. Las cargas deben ser suprimidas por diodo. En la tabla se muestra las características del sensor ELS Alojamiento de Materiales Prisma Funcionamiento de presión Funcionamiento de Temperatura Consumo de Corriente Salida Terminal Eléctrica Acero Niquelado de carbón ó 316SS Cristal Fundido 0 a 2500 psig, Max. -40 F to 212 F (-40 C a 100 C) 5V ~ 22 ma sin carga 12V ~ 34mA sin carga 24V ~ 36mA sin carga Abrir la salida del colector 18 ma Max. 22 AWG, Polmérico, 12 a14 cables ampliados Ingeniería en Control y Automatización 73

83 Repetibilidad Aprobaciones ±1 mm Unidades Etiquetadas C.E. EN U.L. Archivo E Tabla Características del sensor ELS Nota: No emplear en líquidos congelantes. Actitud creciente. Estas unidades deben ser montadas horizontalmente o arriba de 45, como se observa en la figura Figura Montaje del sensor. Mantenimiento. Puede que el sensor requiera limpieza periódica de la superficie del prisma. Diagrama típico de cableado. El diagrama muestra las dos opciones en que podemos conectar este sensor pero siempre considerando las características y la forma de instalación para poder tener un funcionamiento adecuado. Ingeniería en Control y Automatización 74

84 Diagrama Formas de conexión para el sensor ELS Ingeniería en Control y Automatización 75

85 En la figura se presenta la estructura física del sensor. Figura Estructura física del sensor ELS Ingeniería en Control y Automatización 76

86 De la misma forma la siguiente figura muestra algunas especificaciones que debemos tomar en cuenta para conectarlo. Figura Figura Especificaciones par la conexión del Sensor ELS Debido a las características mostradas en la tabla que este sensor ofrece, tenemos la posibilidad de conectarlo directamente microcontrolador 16F84 mismo que utilizaremos para el sensor de temperatura, dicho microcontrolador lo podemos ver en la figura Ingeniería en Control y Automatización 77

87 Entonces la salida la conectamos al MAX232 para poder establecer la comunicación con la computadora, por medio del cable DB9. Esto quiere decir que vamos a utilizar los mismos elementos descritos anteriormente así como los mostrados en la figura para MAX232 y el mostrado en la figura para el conector DB9, considerando las características del protocolo de comunicación RS232. Pero el programa del microcontrolador es diferente ya que en el sensor de nivel si se encuentra en elemento final de control, como lo es la bomba. Este programa se realiza en el mismo entorno de MPLAB-IDE que ya ha sido previamente descrito. Ingeniería en Control y Automatización 78

88 4.8. PROGRAMA DEL PIC16F84 PARA EL SENSOR DE NIVEL ELS Figura Programación en MPLAB para el Sensor de Nivel. A Continuación se presenta la programación para el Sensor de Nivel: ;***************************IPN************************ ;**************************ESIME*********************** ;*******************UNIDAD ZACATENCO******************* ;*********INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION******* ;****************************************************** ;Declaracion de registros************************** LIST P=16F84 trans equ 0x0f status equ 0x03 PORTA equ 0x05 PORTB equ 0x06 carry equ 0 TX equ 1 RX equ 2 Ingeniería en Control y Automatización 79

89 RTS equ 3 CTS equ 4 clock equ 0x0c r0d equ 0x0d r0e equ 0x0f s1 equ 5 s2 equ 6 s3 equ 7 org 0 goto inicio org 5 inicio bsf status,5 movlw 0x11 movwf PORTA movlw 0xff movwf PORTB bcf status,5 bsf PORT,TX bcf PORTA,CTS movlw 0x1f movwf clock salto1 decfsz clock goto salto1 bsf PORTA,s1 movlw 0x1f movwf clock salto2 decfsz clock goto salto2 pulsos call reloj reloj bsf PORTA,s2 movlw 0x1f movwf clock reloj2 decfsz clock goto reloj2 bsf PORTA,s3 movlw 0x1f movwf clock reloj3 decfsz clock goto reloj3 return btfsc PORTA,s1 goto pulsos movf PORTB,w call enviar enviar movwf trans Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Ingeniería en Control y Automatización 80

90 xmrt movlw 1 movwf r0d bcf PORTA,TX call delay delay movlw.070 startup mov r0e redo nop nop decfsz r0e goto redo retlw 0 xnext bcf PORTA,TX bsf PORTA,CTS bcf status,carry rrf trans btfsc status,carry bsf PORTA,TX call delay goto inicio end Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación El siguiente programa ha sido realizado por medio del software Visual Basic, el cual ya ha sido mencionado anteriormente. Ingeniería en Control y Automatización 81

91 4.9. PROGRAMACIÓN EN VISUAL BASIC PARA EL SENSOR DE NIVEL ELS Figura Entorno gráfico en Visual Basic para el Sensor de Nivel ELS Option Explicit Const Xon = &H11 Const Xoff = &H13 Private Sub boton1_click() S1.Output = Chr$(Xoff) S2.Output = Chr$(Xoff) S3.Output = Chr$(Xoff) End Sub Private Sub boton2_click() S1.Output = Chr$(Xon) S2.Output = Chr$(Xon) Ingeniería en Control y Automatización 82

92 S3.Output = Chr$(Xon) Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación End Sub Private Sub Form_Load() Form1.Caption = "Dame el nivel bajo del tinaco" S3.Handshaking = 2 - comrts S3.RThreshold = 1 S3.RTSEnable = True S3.Settings = "9600,n,8,1" S3.SThreshold = 1 Tinaco.PortOpen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" Form1.Caption = "Dame el valor alto del tinaco" S2.Handshaking = 2 - comrts S2.RThreshold = 1 S2.RTSEnable = True S2.Settings = "9600,n,8,1" S2.SThreshold = 1 Tinaco.PortOpen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" Form1.Caption = "Dame el valor bajo de cisterna" S1.Handshaking = 2 - comrts S1.RThreshold = 1 S1.RTSEnable = True S1.Settings = "9600,n,8,1" S1.SThreshold = 1 cisterna.portopen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" End Sub Recordando que para esta propuesta del sensor de nivel tenemos un accionamiento a través de la computadora o de forma independiente según sea el caso. Ingeniería en Control y Automatización 83

93 Entonces la siguiente es la descripción de la bomba así como las características de la misma, en la imagen se puede ver el modelo de la bomba propuesta para este proyecto. Las bombas residenciales se pueden considerar en dos grandes grupos: Dinámicas (Centrífugas, Periféricas y Especiales) y de Desplazamiento Positivo (Reciprocas y Rotatorias). Para este caso solo vamos a utilizar la Bomba que presenta las características mostradas en la tabla Modelo Cuerpo H.P. Tensión Fases Succión Descarga Aplicaciones I-PE55 Hierro Servicio doméstico. Tabla Características de la bomba I-PE55. Figura Bomba Esta bomba es una bomba periférica, por lo tanto tiene las siguientes características, las cuales mencionaremos a continuación. Ingeniería en Control y Automatización 84

94 4.10. BOMBAS PERIFÉRICAS. Son también conocidas como bombas tipo turbina, de vértice y regenerativas, en este tipo producen remolinos en el líquido por medio de los alabes a velocidades muy altas, dentro del canal anular donde gira el impulsor. El líquido va recibiendo impulsos del movimiento que proporcionan las turbinas. Pero de qué forma se va accionar la bomba?, para responder esta pregunta veamos el diagrama y la descripción que se presenta de los elementos a utilizar. El diagrama es la representación del circuito de potencia necesario para poder encender la bomba de la figura Diagrama Circuito de potencia para el encendido de bomba. Como se puede ver en el diagrama tenemos de señal de entrada del microcontrolador que es el que va proporcionar la señal principal, para el optotransistor modelo 4N26 de Fairchild semiconductor, que podemos ver en la figura Ingeniería en Control y Automatización 85

95 Figura Optotransistor 4N26. Diagrama Distribución de los pines del Optotransistor 4N26. En el diagrama se puede ver la distribución de los pines del optotransistor de la figura , dichos pines tienen los siguientes nombres: 1. Led de ánodo. 2. Led de cátodo. 3. N.C. 4. Emisor. 5. Colector. 6. Base. Ingeniería en Control y Automatización 86

96 La tabla , muestra las características del optotransistor, tanto del led como del transistor. Características Símbolo Valor Unidad Tensión del Led V R 3 Volts Corriente del Led I F 60 ma Tensión colector-emisor del transistor V CEO 30 Volts Tensión emisor-colector V ECO 7 Volts Tensión colector-base V CBO 70 Volts Corriente del colector I C 150 ma Rango de temperatura ambiente de operación T A de -55 a 100 ºC Tabla Características del Optotransistor. En el diagrama podemos ver que la salida del colector del optotransistor va conectado un relevador y a una fuente de 12 vcd, sin embargo la parte de emisor del transistor esta conectado a una resistencia y a la base de un transistor, dicho transistor es el modelo TIP41 npn, y en la tabla se pueden ver los detalles de este transistor. Características Símbolo Valor Unidad Tensión colector-base V CBO 40 Volts Tensión colector-emisor V CEO 40 Volts Tensión emisor-base V EBO 5 Volts Corriente del colector I C 6 Amperes Corriente de base I B 2 Amperes Tensión de saturación de colector emisor V CEO (sus) 40 Volts Corriente de corte del colector I CEO 0.7 ma Corriente de corte del emisor I EBO 1 ma Ingeniería en Control y Automatización 87

97 Tensión de saturación del colector-emisor V CE (sat) 1.5 Volts Tensión de saturación de la base-emisor V BE (sat) 2 Volts Tabla Detalles del Transistor TIP41. Retomando nuevamente el diagrama , el objetivo final de este circuito es alimentar un relevador que contiene las siguientes características, mostradas en la tabla Especificación Datos y/o valores Estado de los contactos 1C/1ª Material de los contactos Aleación de plata Clasificaciones de los contactos 1A/1C: 10A/127VAC Tensión máxima de conmutación 250VAC/30VDC Corriente máxima 10 A 100,000 operaciones Esperanza de vida eléctrica (300/minuto) 10,000,000 Esperanza de vida mecánica operaciones Tiempo de operación 8ms Rango de temperatura de -40 a 70 ºC Tabla Características del Relevador. Figura Relevador. Por lo tanto el objetivo del relevador mostrado en la figura es poder arrancar la bomba a través de sus contactos, esto es que la bobina que es el pin 3 Ingeniería en Control y Automatización 88

98 y 2 son alimentados a 12VDC, mientras que el contacto abierto es alimentado por un extremo (pin 5) con una fase, y del otro extremo (pin 1) va colocado un extremos del motor, para que posteriormente el otro sea conectado neutro, la distribución de los pines del relevador los encontramos en el diagrama , de la misma forma ya que en el diagrama vemos como la carga (bomba) esta conectada. Diagrama Distribución de los pines del Relevador. Ingeniería en Control y Automatización 89

99 CAPÍTULO 5 DISEÑO DEL SISTEMA PARA LA APERTURA DE PUERTAS. Ingeniería en Control y Automatización 90

100 5.1. SENSOR ÓPTICO. Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Para este proyecto se tomó en cuenta el sensor SHARP clave GP2D02 con la finalidad de realizar mediciones de distancias con una alta precisión. Su proceso de medición se basa en la reflexión del objeto en el sensor óptico infrarrojo. El sensor se puede ver en la imagen Figura Sensor Óptico Sharp. Sus principales características son: Insensibilidad al color Gran precisión al realizar las mediciones de entrada Capacidad de controlarlo por medio de un microcontrolador Baja disipación de corriente en estado apagado Capacidad de cambiar los rangos de medición por medio de lentes ópticos Sensible a la luminiscencia Tensión de operación: De 4.4 a 7 Volts Medidas: De 37 mm. de largo por 14 mm. de ancho, cuenta con una porción que emite y una que detecta, ambas distanciadas por 20 ± 0.2 mm. Y una altura de 14.4mm. Ingeniería en Control y Automatización 91

101 Terminales: Cuenta para su control y su operación de cuatro terminales comprendidas en Tierra (GND), Voltaje de Corriente Directa, Voltaje de Entrada (control del sensor) y Tensión de Salida (datos de la medición). Estas terminales se pueden ver en la imagen Figura Terminales del Sensor Sharp. Este dispositivo se alimenta por la terminal Vcc y es conectado a Tierra por GND, siendo la terminal Vout la salida de datos en serie con lógica positiva y niveles TTL o CMOS. Vin es la entrada de control y debe ser acoplada a la salida del microcontrolador 16F84 por medio de un diodo, ya que solo acepta niveles bajos por ser una salida al drenador abierto. El sensor cuenta con un circuito apropiado para realizar la transmisión, recepción y medición de la señal infrarroja por medio de LED s (Light Emitter Diodes), dos lentes de vidrio y terminales de entrada-salida. La medición se da codificando la reflexión de la señal a un valor analógico. Como parámetro adicional debemos tomar en cuenta la sensibilidad a la luz del medio, lo cual afecta en la variación de la medición. Además las mediciones dependen mucho del posicionamiento del sensor, ya que si no esta perfectamente Ingeniería en Control y Automatización 92

102 alineado horizontalmente y verticalmente al sistema de ejes coordenados parte de la onda reflejada no será recibida adecuadamente PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO. Estos dispositivos de detección de proximidad presentan un funcionamiento muy similar a los ultrasónicos en el sentido de que puede ser detectada la inminente cercanía de un objeto por su influencia sobre la transmisión y recepción de una onda propagada. De los mecanismos más utilizados son el emisor de luz de estado sólido, que actúa como transmisor de luz infrarroja y un fotodiodo de estado sólido que actúa como receptor. El sensor óptico SHARP GP2D02 emite una luz infrarroja directa por medio de un emisor de IR (infrarrojo) pasando a través de un lente concentrador formando un rayo único. Al encontrarse con un obstáculo reflectante, rebota y retorna con cierto ángulo de inclinación dependiendo de la distancia. Esta luz regresada es recibida por otro lente incidiendo de forma uniforme la totalidad de los rayos absorbidos por este. Una propiedad importante es la de ser un sensor CCD lineal, esto quiere decir que dependiendo del ángulo de recepción sin importar el o los puntos en que se recibe la señal el sensor puede obtener el valor lineal y proporcional al ángulo de incidencia. Tal y como se ve en la figura Ingeniería en Control y Automatización 93

103 Figura Funcionamiento del Sensor Sharp. Utiliza una línea de entrada y otra de salida para la comunicación principal con el microcontrolador. Teniendo la entrada Vin en nivel lógico alto, el diodo bloqueará este estado y solo cuando se introduzca un nivel lógico bajo durante 70 ms. y regresarlo al estado anterior, el sensor recibirá la orden de inicio de captura. Ahora el sensor tendrá el dato listo para mandarlo de manera serial y podemos sincronizar la salida de estos datos bit por bit por cada flanco de bajada de la señal VIN. Después se debe esperar 0.2ms para iniciar nuevamente el flanco de bajada de esta señal. Como se puede apreciar en el siguiente diagrama el sensor no es capaz de reconocer cantidades fraccionarias, ya que solo manda al control 8 bits de datos. Lo que se traduce en cantidades enteras, por lo que su precisión en las mediciones se limita. Ingeniería en Control y Automatización 94

104 Para poder hacer el control de este elemento se elabora el programa en ensamblador para el microcontrolador 16F84 Microchip considerando los siguientes pasos. 1. Inicializa puertos referentes al sensor. 2. Prende Sensor. 3. Llama a rutina de retrazo. 4. Se genera el retrazo correspondientes a 70 ms. 5. Se va a una rutina de espera de medida finalizada. 6. Se llama a la rutina de lectura de bit por bit de la medición 7. Se apaga sensor. 8. La rutina es llamada cíclicamente desde el punto número dos. Entonces significa que debido a que este sensor por sus características se puede conectar directamente al microcontrolador 16F84, este microcontrolador es el de la figura 2.41, por lo tanto las características del microcontrolador son las mismas, presentadas en este proyecto para las tres propuestas ya que se va a utilizar el mismo microcontrolador. Significa que si lo queremos comunicar con la computadora el método es el mismo, esto es comunicarlo con el dispositivo MAX232 de la figura 2.6.1, para que por medio del conector DB9 de la figura se pueda comunicar de forma RS232 con la computadora, así que las características de los dispositivos son mencionadas en la parte del inicio de este proyecto. Ingeniería en Control y Automatización 95

105 5.1.2 PROGRAMA DEL PIC 16F84 PARA EL SENSOR ÓPTICO. Figura Programación en MPLAB para el Sensor Óptico. A continuación se presenta la programación en MLAB para el Sensor Óptico. ;***************************IPN************************ ;**************************ESIME*********************** ;*******************UNIDAD ZACATENCO******************* ;*********INGENIERIA EN CONTROL Y AUTOMATIZACION******* ;****************************************************** ;Declaracion de registros************************** LIST P=16F84 trans equ 0x0f status equ 0x03 PORTA equ 0x05 PORTB equ 0x06 carry equ 0 TX equ 1 RX equ 2 RTS equ 3 CTS equ 4 clock equ 0x0c Ingeniería en Control y Automatización 96

106 r0d equ 0x0d r0e equ 0x0f v1 equ 5 v2 equ 6 v3 equ 7 org 0 goto inicio org 5 inicio bsf status,5 movlw 0x11 movwf PORTA movlw 0xff movwf PORTB bcf status,5 bsf PORT,TX bcf PORTA,CTS movlw 0x1f movwf clock salto1 decfsz clock goto salto1 bsf PORTA,v1 movlw 0x1f movwf clock salto2 decfsz clock goto salto2 pulsos call reloj reloj bsf PORTA,v2 movlw 0x1f movwf clock reloj2 decfsz clock goto reloj2 bsf PORTA,v3 movlw 0x1f movwf clock reloj3 decfsz clock goto reloj3 return btfsc PORTA,v1 goto pulsos movf PORTB,w call enviar enviar movwf trans xmrt movlw 1 movwf r0d bcf PORTA,TX Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Ingeniería en Control y Automatización 97

107 call delay delay movlw.070 startup mov r0e redo nop nop decfsz r0e goto redo retlw 0 xnext bcf PORTA,TX bsf PORTA,CTS bcf status,carry rrf trans btfsc status,carry bsf PORTA,TX call delay goto enviar1 enviar1 movwf trans2 xmrt movlw 8 movwf r0d0 bcf PORTA,TX call delay1 delay1 movlw.050 startup mov r0e1 redo nop nop decfsz r0e goto inicio end Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Ingeniería en Control y Automatización 98

108 5.1.3 PROGRAMA DE VISUAL BASIC PARA EL SENSOR ÓPTICO. Figura Entorno gráfico en Visual Basic para el sensor óptico. Option Explicit Const Xon = &H11 Const Xoff = &H13 Private Sub boton1_click() pr1.output = Chr$(Xoff) pr2.output = Chr$(Xoff) pr3.output = Chr$(Xoff) End Sub Private Sub boton2_click() pr1.output = Chr$(Xon) pr2.output = Chr$(Xon) pr3.output = Chr$(Xon) Ingeniería en Control y Automatización 99

109 End Sub Private Sub Form_Load() Form1.Caption = "Cerra" pr3.handshaking = 2 - comrts pr3.rthreshold = 1 pr3.rtsenable = True pr3.settings = "9600,n,8,1" pr3.sthreshold = 1 puertar3.portopen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" Form1.Caption = "Cerra" pr2.handshaking = 2 - comrts pr2.rthreshold = 1 pr2.rtsenable = True pr2.settings = "9600,n,8,1" pr2.sthreshold = 1 puertar2.portopen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" Form1.Caption = "Cerra" pr1.handshaking = 2 - comrts pr1.rthreshold = 1 pr1.rtsenable = True pr1.settings = "9600,n,8,1" pr1.sthreshold = 1 puertar1.portopen = True boton1.caption = "&Send Xoff" boton2.caption = "send &Xon" De forma muy parecida este sensor controla la apertura de un elemento final por medio de la computadora o de forma independiente dependiendo del caso, entonces podemos ver el diagrama y ver que la salida del microcontrolador es el que proporcionara la señal de activación para la apertura de las puertas. El circuito de potencia es el mismo que el utilizado para el sensor de nivel, la única diferencia es que ahora las electroválvulas necesitan ser alimentadas a 24 VDC, Ingeniería en Control y Automatización 100

110 entonces los elementos son los mismos, y son los que se describen en la parte del sensor de nivel. Diagrama Circuito de potencia de la electroválvula. Una vez que la electroválvula es energizada ésta cambiará de posición y dará salida al flujo de aire del actuador en el diagrama se muestra lo descrito anteriormente. Ingeniería en Control y Automatización 101

111 Diagrama Simulación de los actuadores. Debido a que utilizamos ahora un flujo de aire y algunos elementos neumáticos es necesario tener un compresor de aire, a continuación se indica una descripción de cada uno de los elementos ocupados para lo que muestra este diagrama. Ingeniería en Control y Automatización 102

112 5.2. COMPRESOR DE AIRE. El compresor elegido es el que se encuentra en la figura Figura Compresor de Aire. Entonces este compresor se va encargar de suministrar el aire requerido para los elementos neumáticos. Nombre: Compresor de Aire 1 HP, 4.0 PCM, 115V, Tanque 72 Lt. Código: FIPI1HP72L. Descripción: Compresora de Aire Lubricado, con Tanque Horizontal de 72 Lts., transmisión por Banda, Incluye: Regulador de Presión con Manómetro, doble salida con cople rápido, Interruptor Automático de Presión válvula de alivio y palanca de Corte Eléctrico, Compresora de Pistón Reciprocante Cabezal de 1 Cilindro Ingeniería en Control y Automatización 103

113 Ya que se muestra en el diagrama como primer elemento una válvula 5/2 solo se puso son el objetivo de simular lo que seré la señal del sensor, que ese, es el que directamente va controlar la electroválvula, la imagen es de la electroválvula 18. Figura Electroválvula 5/3 con led y centro cerrado. Electroválvula de 5/3 vías con LED, centro cerrado Las señales de conmutación están indicadas por LED s en el cuerpo. La válvula está dotada de dos accionamientos manuales. Las conexiones eléctricas están protegidas ante polaridad incorrecta para el LED y poseen circuito supresor. Características de la electroválvula Neumática: Construcción: Válvula de corredera, pilotada. Margen de presión: kpa (3 8 bar). Tiempo de respuesta a 600 kpa (6 bar): Con.: 15 ms. Caudal nominal y 1...4: 500 l/min Ingeniería en Control y Automatización 104

114 Características Eléctricas: Consumo: 1.5 W. Alimentación a 24 VDC Ciclo de trabajo: 100 % Figura Actuador Neumático. La tabla es la hoja de características de los 3 cilindros (actuadores neumáticos) normalizados DNG-50- PPV-A-S que se van a utilizar. Carácter. Carrera Diámetro del émbolo Rosca del vástago Amortiguación Posición de montaje Corresponde a la norma Extremo del vástago Construcción Propiedades 1-2,000 mm 50 mm M16x1,5 PPV: Amortiguación neumática regulable a ambos lados indistinto ISO (hasta ahora también VDMA 24652, ISO 6431, NF E , UNI 10290) Rosca exterior Émbolo Vástago Ingeniería en Control y Automatización 105

115 Detección de la posición Para detectores de posición S6: juntas resistentes a temperaturas de Variantes máximo 150 C Presión de funcionamiento bar Forma de funcionamiento De efecto doble Fluido Aire seco, lubricado o sin lubricado Clase de resistencia a la corrosión KBK 2 Temperatura ambiente C Carrera de amortiguación 23 mm Fuerza teórica con 6 bar, retroceso 990 N Fuerza teórica con 6 bar, avance 1,178 N Peso adicional por 10 mm de carrera 50 g Peso básico con carrera de 0 mm 1,400 g Tipo de fijación con accesorios Conexión neumática G1/4 Información sobre el material de la tapa Aluminio NBR Información sobre el material de las juntas TPE-U(PU) Información sobre el material del vástago Acero de aleación fina Información sobre el material de la camisa del cilindro Aleación forjable de aluminio Tabla Características de los cilindros normalizados DNG-50- PPV-A-S Pero esta selección del actuador se hizo en base a los cálculos de la puerta, ya que el desplazamiento puerta es lineal, entonces tenemos: Masa de la puerta: 60 Kg. aproximadamente. Área del desplazamiento: m 2 Aceleración del desplazamiento de la puerta=0.5m/seg 2. Entonces con los datos obtenidos podemos ver que la presión mínima para poder mover la puerta es de 400N/m 2 como fuerza de avance, así que el actuador mencionado cumple las características. Ingeniería en Control y Automatización 106

116 tenemos F m a sustituyendo _ valores _ con : m a 0.5 seg m 60Kg 2 tenemos : F ma 60Kg m 0.5 seg 2 30N para _ calcular _ la _ presión _ min ima _ tenemos : P F A 30N 0.075m 2 N 400 m 2 Ingeniería en Control y Automatización 107

117 CAPÍTULO 6 ESTUDIO FINANCIERO-ECONÓMICO. Ingeniería en Control y Automatización 108

118 6.1. INVERSIÓN REQUERIDA. La inversión requerida antes de la puesta en marcha pueden agruparse en: capital de trabajo, activos fijos y gastos operativos. Capital de trabajo: es el dinero que se requiere para comenzar el proyecto inicial para empezar el diseño del mismo. Dicha inversión debe garantizar la disponibilidad de recursos para la compra de materia prima y para cubrir costos de operación durante el tiempo requerido para la recuperación del efectivo, de modo que se puedan invertir nuevamente. El efectivo inicial requerido puede determinarse a través del estudio de mercado, identificando como pagan los clientes, como cobran los proveedores, y estableciendo las ventas mensuales esperadas. Activos fijos: consta de la inversión en activos como: maquinaria y equipo, muebles, vehículos, edificios y terrenos, etc. Gastos operativos: Estas inversiones son todas aquellas que se realizan sobre activos constituidos por los servicios o derechos adquiridos necesarios para la puesta en marcha del proyecto, de los cuales, los principales rubros son los gastos de organización, las patentes y licencias, los gastos de puesta en marcha, las capacitaciones y los imprevistos 19. Entonces esto aplicado a nuestro proyecto tenemos en la tabla todo lo referente a la inversión inicial únicamente para realizar el desarrollo diagramas y simulación del montado del sensor de temperatura y para poder darle la aplicación a través de la computadora Ingeniería en Control y Automatización 109

119 La siguiente información es la referente a la distribución de actividades para el sensor de temperatura, esto es muy importante ya que es parte de planeación del proyecto y poder tener conocimiento de la forma en que se va a realizar. 1 Día para hacer la programación del PIC16F84. 1 Día para hacer la programación en Visual Basic. 1 Día para realizar el ensamblado de los elementos electrónicos. 1 Día para realizar pruebas de conexión y comunicación. 1 Día para realizar el montado en la casa. Por lo tanto estas actividades se realizan en 5 días con dos personas. COSTOS PARA EL SENSOR DE TEMPERATURA. CANTIDAD PRODUCTO DESCRIPCIÓN COSTO TIENDA 1 ADC0804 CONVERTIDOR ANALÓGICO - DIGITAL $68.00 STEREN CABLE ELÉCTRICO PARA CONEXIONES 1 1 CABLE ELECTRÓNICO COSTO DE TÉCNICO 1 ACC-DB9F6 1 FUENTE 1 LM35 1 MAX232 1 OSCILADOR DE CRISTAL DE 20MTS $40.00 FERRETERÍA LA LIBRA S.A. DE C.V. COSTO DE MANO DE OBRA $ CABLE DB9 MACHO A HEMBRA 1.8MTS $28.86 PAGUITO.COM FUENTE DE TENSIÓN REGULADA A 5 V $ TIENDA VIRTUAL AG SENSOR DE TEMPERATURA $35.00 SISCOM INTERFASE ALTA VELOCIDAD $20.00 STEREN OSCILADOR DE CRISTAL PARA GENERAR LOS PULSOS A 4MHZ $32.00 TIENDA VIRTUAL AG COMPUTADORA DE ESCRITORIO XP $4, COMPAQ SIGMA ELECTRÓNICA LTDA. 1 PC PIC START 1 PLUS SIMULADOR BÁSICO $ PIC16F84 MICROCONTROLADOR PIC $90.00 STEREN 1 RS232 PUERTO RS232 $76.00 STEREN 1 SOFTWARE MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0 ENTERPRISE EDITION $ NEXTAG COMPARISION SHOPING Ingeniería en Control y Automatización 110

120 1 SOFTWARE MPLAB-IDE $ HUMAN COMPUTER 1 SOLDADURA SOLDADURA PARA COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE 500GR. $ TIENDA VIRTUAL AG 1 TABLILLA DE COBRE 15X15 PLACA DONDE VA A IR MONTADOS LOS ELEMENTOS A UNA CARA $27.99 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS RESISTENCIAS $10.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS CAPACITORES $11.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS HERRAMIENTAS HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA HACER EL MONTADO $1, TIENDA VIRTUAL AG VARIOS PAPELERÍA PAPELERÍA NECESARIA PARA TODA LA DOCUMENTACIÓN Y HERRAMIENTAS DE OFICINA $6, VARIOS VARIOS GASTOS LO RELACIONADO A COMIDAS, PASAJES ETCÉTERA/DÍA $1, COSTO DE INGENIERÍA COSTO DE INGENIERÍA $2, TOTAL DEL PROYECTO PARA EL SENSOR DE TEMPERATURA $ 19, Tabla Costos para el Sensor de Temperatura. En la tabla se tiene la inversión inicial del costo total para el sensor de nivel, montarlo y darle la aplicación además se ven todos los elementos necesarios para la construcción diseño y pruebas a través de la computadora, en los anexos se observa la ubicación de los elementos. Para la realización de las actividades del armado y el montado del sensor de temperatura se distribuye de la siguiente manera: 1 Día para la programación del PIC16F84. 1 Día para la programación de Visual Basic. 2 Días para el ensamblado del equipo en la tablilla de cobre. Ingeniería en Control y Automatización 111

121 1 Día para pruebas de conexión y comunicación. 2 Días para realizar el montado de los elementos dentro de la casa. Por lo anterior este trabajo se realiza en un periodo de 7 días con la colaboración de dos personas. COSTOS PARA EL SENSOR DE NIVEL. CANTIDAD PRODUCTO DESCRIPCIÓN COSTO TIENDA 1 PC COMPUTADORA DE ESCRITORIO XP $4, COMPAQ 1 BOMBA I-PE55 (1/2HP) $ CURMA BOMBAS CABLE ELÉCTRICO PARA CONEXIONES 1 CABLE ELECTRÓNICO DE 20MTS $40.00 FERRETERÍA LA LIBRA S.A. DE C.V. HILO RECTO PARA SELLAR 3/4" $30.20 FERRICENTROS S.A. 1 HILO RECTO GEMS SENSORS Y 3 ELS-1150 SENSOR DE NIVEL $ CONTROLS 1 SOFTWARE MPLAB-IDE $ HUMAN COMPUTER MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0 NEXTAG COMPARISION 1 SOFTWARE ENTERPRISE EDITION $ SHOPING 1 ACC-DB9F6 CABLE DB9 MACHO A HEMBRA 1.8MTS $28.86 PAGUITO.COM 1 PIC START PLUS SIMULADOR BÁSICO $ SIGMA ELECTRÓNICA LTDA. 1 TIP41 TRANSISTOR NPN $10.00 SISCOM 1 TRG-1 RELEVADOR $12.00 SISCOM 1 MAX232 INTERFASE ALTA VELOCIDAD $20.00 STEREN 1 PIC16F84 MICROCONTROLADOR PIC $90.00 STEREN 1 RS232 PUERTO RS232 $76.00 STEREN 1 LOCTITE 565 SELLADOR PARA ROSCA 19GR $11.60 TAGIT 1 FUENTE FUENTE DE TENSIÓN DOBLE REGULADA A 5 V/12V $ TIENDA VIRTUAL AG 1 OSCILADOR DE CRISTAL OSCILADOR DE CRISTAL PARA GENERAR LOS PULSOS A 4MHZ $32.00 TIENDA VIRTUAL AG 1 SOLDADURA SOLDADURA PARA COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE 500GR. $ TIENDA VIRTUAL AG 1 TABLILLA DE COBRE 15X15 PLACA DONDE VA A IR MONTADOS LOS $27.99 TIENDA VIRTUAL AG Ingeniería en Control y Automatización 112

122 ELEMENTOS A UNA CARA 1 4N26 OPTO TRANSISTOR $10.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS RESISTENCIAS $10.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS CAPACITORES $11.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS HERRAMIENTAS HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA HACER EL MONTADO $1, TIENDA VIRTUAL AG VARIOS PAPELERÍA PAPELERÍA NECESARIA PARA TODA LA DOCUMENTACIÓN Y HERRAMIENTAS DE OFICINA $6, VARIOS VARIOS GASTOS LO RELACIONADO A COMIDAS, PASAJES ETCÉTERA $2, COSTO DE INGENIERÍA COSTO DE INGENIERÍA $2, COSTO DE TÉCNICO COSTO DE MANO DE OBRA $ TOTAL DEL PROYECTO PARA EL SENSOR DE NIVEL $ 22, Tabla Costos para el Sensor de Nivel. También tenemos la distribución para la realización de las actividades del montado y en la tabla se muestra la inversión que implica la realización, análisis, simulación y montado de este sensor, en los anexos se muestra la ubicación de los elementos, y a continuación se presenta la distribución de las actividades: 1 Día para hacer la programación del PIC16F84. 2 Días para la programación en Visual Basic. 3 Días para el ensamble de los elementos en la tablilla de cobre. 1 Día para la realización de las pruebas. 3 Días para realizar el montado en la casa-habitación. Con lo anterior decimos que necesitamos de 10 días para la realización, conexión y simulación de los elementos con la colaboración de dos personas. Ingeniería en Control y Automatización 113

123 COSTOS PARA EL SENSOR ÓPTICO. CANTIDAD PRODUCTO DESCRIPCIÓN COSTO TIENDA 1 PC COMPUTADORA DE ESCRITORIO XP $ 4, COMPAQ 2 CABLE ELECTRÓNICO CABLE ELÉCTRICO PARA CONEXIONES DE 20MTS $80.00 FERRETERIA LA LIBRA S.A. DE C.V. 3 TP 111 ELECTROVÁLVULA 5/3 $ FESTO 1 SOFTWARE MPLAB-IDE $98.00 HUMAN COMPUTER 1 SOFTWARE MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0 ENTERPRISE EDITION $ NEXTAG COMPARISION SHOPING 3 ACC-DB9F6 CABLE DB9 MACHO A HEMBRA 1.8MTS $86.58 PAGUITO.COM 1 FIPI1HP72L COMPRESOR 72LT A 1HP $2, PIISA 3 SHARP GP2D02 SENSOR ÓPTICO $1, SENSORES Y CONTROLES 1 PIC START PLUS SIMULADOR BÁSICO $ SIGMA ELECTRÓNICA LTDA. 3 TIP41 TRANSISTOR NPN $30.00 SISCOM 3 TRG-1 RELEVADOR $36.00 SISCOM 3 MAX232 INTERFASE ALTA VELOCIDAD $60.00 STEREN 3 PIC16F84 MICROCONTROLADOR PIC $90.00 STEREN 3 RS232 PUERTO RS232 $ STEREN 1 FUENTE FUENTE DE TENSIÓN FIJA 24VDC $ TIENDA VIRTUAL AG 1 FUENTE FUENTE DE TENSIÓN DOBLE REGULADA A 5 V/12V $ TIENDA VIRTUAL AG 3 OSCILADOR DE CRISTAL OSCILADOR DE CRISTAL PARA GENERAR LOS PULSOS A 4MHZ $96.00 TIENDA VIRTUAL AG SOLDADURA PARA COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE 500GR. $ TIENDA VIRTUAL AG 1 SOLDADURA PLACA DONDE VA A IR MONTADOS LOS TABLILLA DE ELEMENTOS A UNA 3 COBRE 15X15 CARA $83.97 TIENDA VIRTUAL AG 3 4N26 OPTO TRANSISTOR $30.00 TIENDA VIRTUAL AG COSTO DE COSTO DE MANO DE 1 TÉCNICO OBRA $ TUBO GALVANIZADO TUBO DE 1/2 GALAVANIZADO PARA $ COVAL Ingeniería en Control y Automatización 114

124 ALIMENTACIÓN NEUMÁTICA 6MTS 6 MANGUERA MANGUERA PARA CONEXIÓN NEUMÁTICA 1MTS $ LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. 3 DNG-50-PPV-A- S ACTUADORES $ FESTO 3 3 VÁLVULAS CHECK 4 TEES VÁLVULAS PARA CIERRES LOCALES $ CONEXIÓN ESPIGA CONEXIÓN RÁPIDA $25.50 TEES DE 1/2 PARA CONEXIÓN $29.20 LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. 8 CODOS 90º CODOS DE 1/2 PARA CONEXIÓN $52.32 COMPONENTES VARIOS ELECTRÓNICOS RESISTENCIAS $15.00 TIENDA VIRTUAL AG COMPONENTES VARIOS ELECTRÓNICOS CAPACITORES $20.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS HERRAMIENTAS HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA HACER EL MONTADO $1, TIENDA VIRTUAL AG VARIOS PAPELERÍA PAPELERÍA NECESARIA PARA TODA LA DOCUMENTACIÓN Y HERRAMIENTAS DE OFICINA $6, VARIOS VARIOS GASTOS LO RELACIONADO A COMIDAS, PASAJES ETCÉTERA $3, VARIOS COSTO DE INGENIERÍA COSTO DE INGENIERÍA $4, TOTAL DEL PROYECTO PARA EL SENSOR ÓPTICO $ 32, Tabla Costos para el Sensor Óptico. Sin embargo para hacer la realización de todo el proyecto en conjunto, tenemos en la tabla el costo total del proyecto para la casa habitación con un periodo de realización de 22 días solo laborando de lunes a viernes. Ingeniería en Control y Automatización 115

125 COSTOS TOTAL DEL PROYECTO PARA LA CASA HABITACIÓN CANTIDAD PRODUCTO DESCRIPCIÓN COSTO TIENDA 1 PC COMPUTADORA DE ESCRITORIO XP $4, COMPAQ 1 SOFTWARE MPLAB-IDE $ HUMAN COMPUTER 1 SOFTWARE MICROSOFT VISUAL BASIC 6.0 ENTERPRISE EDITION $ NEXTAG COMPARISION SHOPING 1 FIPI1HP72L COMPRESOR 72LT A 1HP $2, PIISA 1 PIC START PLUS SIMULADOR BÁSICO $ SIGMA ELECTRÓNICA LTDA. 1 FUENTE FUENTE DE TENSIÓN FIJA 24VDC $ TIENDA VIRTUAL AG 1 FUENTE FUENTE DE TENSIÓN DOBLE REGULADA A 5 V/12V $ TIENDA VIRTUAL AG 1 SOLDADURA SOLDADURA PARA COMPONENTES ELECTRÓNICOS DE 500GR. $ TIENDA VIRTUAL AG 1 COSTO DE TÉCNICO COSTO DE MANO DE OBRA $1, ADC0804 CONVERTIDOR ANALÓGICO DIGITAL $68.00 STEREN 1 LM35 SENSOR DE TEMPERATURA $35.00 SISCOM 1 BOMBA I-PE55 (1/2HP) $ CURMA BOMBAS 1 HILO RECTO HILO RECTO PARA SELLAR 3/4" $30.20 FERRICENTROS S.A. 1 LOCTITE 565 SELLADOR PARA ROSCA 19GR $11.60 TAGIT 3 DNG-50-PPV-A- S ACTUADORES $3, FESTO 3 TP 111 ELECTRO VÁLVULA 5/3 $ FESTO 3 SHARP GP2D02 SENSOR ÓPTICO $1, SENSORES Y CONTROLES 3 VÁLVULAS CHECK VÁLVULAS PARA CIERRES LOCALES $ LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. 3 CONEXIÓN ESPIGA CONEXIÓN RÁPIDA $25.50 LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. 3 ELS-1150 SENSOR DE NIVEL $ GEMS SENSORS Y CONTROLS 4 TIP41 TRANSISTOR NPN $40.00 SISCOM 4 TRG-1 RELEVADOR $48.00 SISCOM 4 4N26 OPTO TRANSISTOR $40.00 TIENDA VIRTUAL AG 4 TEES TEES DE 1/2 PARA CONEXIÓN $29.20 LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. 5 CABLE ELECTRÓNICO CABLE ELÉCTRICO PARA CONEXIONES DE 20MTS $ FERRETERÍA LA LIBRA S.A. DE C.V. 5 ACC-DB9F6 CABLE DB9 MACHO A $ PAGUITO.COM Ingeniería en Control y Automatización 116

126 HEMBRA 1.8MTS 5 MAX232 INTERFACE ALTA VELOCIDAD $ STEREN 5 MICROCONTROLADOR PIC16F84 PIC $ STEREN 5 RS232 PUERTO RS232 $ STEREN 5 OSCILADOR DE CRISTAL OSCILADOR DE CRISTAL PARA GENERAR LOS PULSOS A 4MHZ $ TIENDA VIRTUAL AG 5 5 TABLILLA DE COBRE 15X15 TUBO GALVANIZADO 6 MANGUERA PLACA DONDE VA A IR MONTADOS LOS ELEMENTOS A UNA CARA $ TIENDA VIRTUAL AG TUBO DE 1/2 GALVANIZADO PARA ALIMENTACIÓN NEUMÁTICA 6MTS $ COVAL MANGUERA PARA CONEXIÓN NEUMÁTICA LUZ ELECTRICIDAD Y 1MTS $ MATERIALES, S.A DE C.V. 8 CODOS 90º CODOS DE 1/2 PARA CONEXIÓN $52.32 LUZ ELECTRICIDAD Y MATERIALES, S.A DE C.V. VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS RESISTENCIAS $20.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS COMPONENTES ELECTRÓNICOS CAPACITORES $30.00 TIENDA VIRTUAL AG VARIOS VARIOS HERRAMIENTAS PAPELERÍA HERRAMIENTAS NECESARIAS PARA HACER EL MONTADO $1, TIENDA VIRTUAL AG PAPELERÍA NECESARIA PARA TODA LA DOCUMENTACIÓN Y HERRAMIENTAS DE OFICINA $6, VARIOS VARIOS GASTOS LO RELACIONADO A COMIDAS, PASAJES ETCÉTERA $6, COSTO DE INGENIERÍA COSTO DE INGENIERÍA $8, TOTAL DEL PROYECTO PARA LA CASA HABITACIÓN. $44, Tabla Costo total del Proyecto para la Casa Habitación. Ingeniería en Control y Automatización 117

127 La siguiente imagen nos muestra nuestra Casa Habitación. Figura Casa Habitación. Las siguientes son las condiciones para la realización de este proyecto: 1.- El lugar debe de estar disponible para poder hacer las actividades correspondientes. 2.- La casa debe contar con cisterna. 3.- De la misma forma debe tener un tinaco con capacidad de 1100 Lts. 4.- Las puerta deben estar montadas sobre un solo riel corredizo, disponibles solo para llegar y hacer el montaje de los dispositivos. 5.- Se recomienda contar con una instalación eléctrica adecuada que cumpla las características del anexo A. 6.- Tanto la cisterna como el tinaco deben de contar con su flotador principal. 7.- Pago de inicio de proyecto del 40% del costo final del proyecto. Ingeniería en Control y Automatización 118

128 6.2. EL PRÉSTAMO Diseño de un Sistema de Monitoreo para Casa Habitación Un préstamo es una operación por la cual una entidad financiera pone a nuestra disposición una cantidad determinada de dinero mediante un contrato. En un préstamo nosotros adquirimos la obligación de devolver ese dinero en un plazo de tiempo establecido y de pagar unas comisiones e intereses acordados. Podemos devolver el dinero en uno o varios pagos, aunque, habitualmente, la cantidad se devuelve en cuotas mensuales que incluyen las comisiones y los intereses. Al hablar de préstamo, la cantidad de dinero que pedimos prestada se llama principal, mientras que a lo que llamamos interés es el precio que pagamos para poder disponer de ese dinero. El periodo de tiempo para pagar el préstamo se conoce como el plazo, y este plazo se debe de fijar en el contrato que se realiza con la institución financiera. En el contrato se manejan los siguientes conceptos así que es recomendable tener, entonces el prestamista es la persona o entidad financiera que presta el dinero o el bien en concepto de préstamo. Y el prestatario es la persona que recibe el dinero o el bien en concepto de préstamo CRÉDITO El crédito es una operación financiera en la que se pone a nuestra disposición una cantidad de dinero hasta un límite especificado y durante un período de tiempo determinado. En un crédito nosotros mismos administramos ese dinero mediante la disposición o retirada del dinero y el ingreso o devolución del mismo, atendiendo a nuestras necesidades en cada momento. De esta manera podemos cancelar una parte o la totalidad de la deuda cuando creamos conveniente. Además, por permitirnos 20 Ingeniería en Control y Automatización 119

129 disponer de ese dinero debemos pagar a la entidad financiera unas comisiones, así como unos intereses de acuerdo a unas condiciones pactadas en el contrato. En un crédito sólo se pagan intereses sobre el capital utilizado, el resto del dinero está a nuestra disposición pero sin que por ello tengamos que pagar intereses. Llegado el plazo del vencimiento del crédito podemos volver a negociar su renovación o ampliación. Es bastante común utilizar los términos crédito y préstamo como si fueran lo mismo, pero lo cierto es que son bastantes las diferencias entre crédito y préstamo DIFERENCIA ENTRE CRÉDITO Y PRÉSTAMO. Lo cierto es que son muy diferentes, y es conveniente tener claro unos cuantos conceptos sobre créditos y préstamos: En el préstamo la entidad financiera pone a disposición del cliente una cantidad fija y el cliente adquiere la obligación de devolver esa cantidad más unas comisiones e intereses pactados en el plazo acordado. En el crédito la entidad financiera pone a disposición del cliente, en una cuenta de crédito, el dinero que este necesite hasta una cantidad de dinero máxima. El préstamo suele ser una operación a medio o largo plazo y la amortización normalmente se realiza mediante cuotas regulares, mensuales, trimestrales o semestrales. De este modo, el cliente tiene la oportunidad de organizarse mejor a la hora de planear los pagos y sus finanzas personales. Generalmente los préstamos son personales y se conceden a particulares para un uso privado, por lo tanto, generalmente se requieren garantías personales (avales) o garantías reales (prendas o hipotecas). Ingeniería en Control y Automatización 120

130 6.2.3 TIPOS DE PRÉSTAMOS. Generalmente diferenciamos solamente entre préstamos personales y prestamos hipotecarios, frecuentemente también se distinguen los siguientes tipos de préstamos PRÉSTAMOS AL CONSUMO. Estos tipos de préstamos se suelen utilizar para financiar bienes de consumo de carácter duradero como por ejemplo: un coche, una moto, muebles, electrodomésticos, etc. y de una cuantía no muy alta PRÉSTAMOS PERSONALES. Esta clase de préstamos se utiliza generalmente para financiar necesidades específicas en un momento determinado y de un importe pequeño. Es muy parecido al préstamo al consumo aunque en este caso se usan para costearse viajes, una boda, etc. es decir, bienes intangibles o perecederos PRÉSTAMOS DE ESTUDIOS. Estos tipos de préstamos son mucho más utilizados en países como Estados Unidos, el Reino Unido y otros estados Europeos. En España están siendo cada vez más utilizados, entre otros factores, debido a que las entidades financieras mejoran y amplían sus ofertas año tras año. Se trata de préstamos dirigidos a estudiantes para financiar matriculas universitarias, estudios de postgrado o estancias de estudio en el extranjero. Los costes suelen un poco más baratos que los prestamos personales. Ingeniería en Control y Automatización 121

131 6.2.7 PRÉSTAMOS HIPOTECARIOS. El préstamo hipotecario se caracteriza porque se ofrece como garantía de pago una garantía real que consiste en la hipoteca de un bien inmueble. En caso de no devolver el préstamo la entidad financiera pasaría a ser la propietaria de la hipoteca. Como necesitamos una inversión de inicio, existen dos forma para hacerlo, una es de poniendo inversión propia esto es poner nosotros la primera parte de la inversión de capital propio, pero como en la mayoría de los proyectos no se cuenta con la inversión inicial, entonces decidimos pedir un crédito, al Banco Azteca, de crédito personal llamado Credimax, cumpliendo con los siguientes requisitos: 1.- Identificación oficial (credencial de elector, cartilla liberada, licencia de conducir). 2.- Comprobante de domicilio (recibo reciente de agua, luz, teléfono). 3.- Comprobante de propiedad o comprobar arraigo de domicilio o de trabajo mínimo por dos años. 4.- Comprobante de ingresos. 5.- Presentar aval. En este caso tendremos lo siguiente para el monto de este proyecto: Si el 40% de $ es $ entonces tendríamos que pedir un crédito por aproximadamente de $ y con esto ya tenemos todo lo necesario para la inversión total del proyecto, recordando que al cliente se le harán el cobro al finalizar el proyecto por los $ restantes. Ingeniería en Control y Automatización 122

132 ANEXOS Ingeniería en Control y Automatización 123

133 NORMATIVIDAD Y DISEÑO. IMPORTANCIA DE LA NORMA DE INSTALACIONES ELÉCTRICAS. NOM -001-SEDE La norma que contempla la forma en que se deben realizar las instalaciones eléctricas en México es la Norma Oficial Mexicana NOM -001-SEDE-2005 Instalaciones Eléctricas (Utilización). Esta norma tiene carácter de obligatoriedad en todo el territorio nacional, y se elaboró con el objetivo de establecer todas las disposiciones y especificaciones de carácter técnico que deben satisfacer las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica, a fin de que ofrezcan condiciones adecuadas de seguridad para las personas y sus propiedades, en lo referente a protección contra choques eléctricos, efectos térmicos, sobrecorrientes, corrientes de falla, sobretensiones, fenómenos atmosféricos e incendios, entre otros. La NOM -001-SEDE-2005 cubre las instalaciones destinadas a la utilización de la energía eléctrica en: a) Propiedades industriales, comerciales y de vivienda, institucionales, cualquiera que sea su uso, públicas y privadas, y en cualquiera de los niveles de tensiones eléctricas de operación, incluyendo las utilizadas para el equipo eléctrico conectado por los usuarios. Instalaciones en edificios utilizados por las empresas suministradoras, tales como edificios de oficinas, almacenes, estacionamientos, talleres mecánicos y edificios para fines de recreación. b) Casas móviles, vehículos de recreo, edificios flotantes, ferias, circos y exposiciones, estacionamientos, talleres de servicio automotor, estaciones de servicio, lugares de reunión, teatros, salas y estudios de cinematografía, Ingeniería en Control y Automatización 124

134 hangares de aviación, clínicas y hospitales, construcciones agrícolas, marinas y muelles entre otros. c) Sistemas de emergencia o reserva propiedad de los usuarios. d) Subestaciones, líneas aéreas de energía eléctrica y de comunicaciones e instalaciones subterráneas. e) Centrales eléctricas para Cogeneración o Autoabastecimiento. f) Cualesquiera otras instalaciones que tengan por finalidad el uso de energía eléctrica. La NOM -001-SEDE-2005 no se aplica en: a) Instalaciones eléctricas en barcos o embarcaciones. b) Instalaciones eléctricas para unidades de transporte público eléctrico, aeronaves o vehículos automotores. c) Instalaciones eléctricas del sistema de transporte público eléctrico, en lo relativo a la generación, transformación, transmisión o distribución de energía eléctrica utilizada exclusivamente para la operación del equipo rodante, o de señalización o comunicación. d) Instalaciones eléctricas en áreas subterráneas de minas, así como en la maquinaria móvil autopropulsada de minería superficial y el cable de alimentación de dicha maquinaria. Ingeniería en Control y Automatización 125

135 e) Instalaciones de equipo de comunicaciones que estén bajo el control exclusivo de empresas de servicio público de comunicaciones donde se localice. Para asegurar que los materiales y equipos empleados en las instalaciones eléctricas con adecuados, la NOM -001-SEDE-2005 establece en la parte Aprobación del ARTÍCULO 110- REQUISITOS DE LAS INSTALACIONES ELÉCTRICAS, los requisitos que deben cumplir y los cuales se indican a continuación: Aprobación. En las instalaciones eléctricas que se refiere la presente NOM deben utilizarse materiales y equipos (productos) que cumplan con las normas oficiales mexicanas y, a falta de estas con las normas mexicanas. Los materiales y equipos (productos) de las instalaciones eléctricas sujetas al cumplimiento señalado en el párrafo anterior, deben contar con un certificado expedido por un organismo de certificación de productos, acreditad y aprobado. Los materiales y equipos (productos) que cumplan con las disposiciones establecidas en los párrafos anteriores se consideran aprobados para los efectos de esta NOM. El organismo de certificación de productos del sector eléctrico acreditado y aprobado es la Asociación de Normalización y Certificación (ANCE), que cuenta con la acreditación de la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA) y emite certificados con validez oficial en México. Asociación de Normalización y Certificación, A.C. Ingeniería en Control y Automatización 126