UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA DIVISIÓN CBI

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1 UNIVERSIDAD AUTÓNOMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPALAPA DIVISIÓN CBI MAYO DEL 2003, MÉXICO D.F. SISTEMA INTELIGENTE DE CONTROL VEHICULAR S.I.C.V. PRESENTAN: Germán Carlos Cavazos Echagaray Matricula: Rubén Rivera Martínez Matricula: Carrera: Ingeniería en Electrónica Área de Concentración: Computación Para obtener el grado de Licenciatura ASESOR: M. en C. Agustín Suárez Fernández Departamento de Ingeniería Eléctrica U.A.M. Unidad Iztapalapa

2 Agradecemos profundamente al Dr. Alberto Soria López su entusiasmo y apoyo para la realización de este proyecto. 2

3 ÍNDICE CAPITULO CONTENIDO PAGINA I II II.I II.II INTRODUCCIÓN Objetivo 05 Viabilidad de desarrollo 06 Definición 06 Funciones 07 Unidades 07 Fuentes de información 07 Entrada y salida de datos 09 Presentación de la información 09 Análisis y diseño del sistema 11 Diagrama de flujo de información 12 HARDWARE DEL SISTEMA Micro controlador Intel Alimentación 13 Reloj del sistema 14 Memoria 14 Registros de funciones especiales (SFRs) 15 Registros del programa (tabla) 16 Configuración de los SFRs 17 Los SFRs en los procesos 20 INTERERFASES distancia 26 análisis odométrico 28 velocidad 35 combustible 39 batería eléctrica 44 alarma contra robo 46 tacómetro 52 UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO Diagramas de la UCP 55 III PROGRAMA SICV (versión prototipo) 63 IV CONCLUSIONES 85 V BIBLIOGRAFÍA 89 VI APENDICES 92 3

4 CAPITULO I INTRODUCCIÓN En la actualidad, es común que los automóviles de lujo cuenten con sistemas electrónicos incorporados, que representan una mayor comodidad, seguridad y eficiencia. Debido a los precios de los vehículos de lujo, los costos de operación, los de aseguramiento, el mantenimiento, las refacciones, etc., los automóviles económicos, tienen mayor demanda en el mercado y el diseño de SICV pretende satisfacer las necesidades de este tipo de vehículos. No es fácil encontrar en el mercado, un sistema similar que se integre en autos compactos y que permita al usuario optimizar los recursos de su automóvil. Se requiere que el sistema proteja la integridad física de los vehículos y que ayuden a mejorar el rendimiento. Se puede ver la importancia, de contar con un sistema que este diseñado especialmente para vehículos de bajo costo, y que cuente con las siguientes ventajas: 1. Económico y de instalación sencilla 2. Requiera de mantenimiento mínimo 3. ocupe poco espacio 4. Proteja la integridad física del automóvil mediante una alarma contra robo. 5. Alerte de niveles bajos de combustible, niveles críticos de voltaje en la batería y de un alto régimen de trabajo del motor mediante un sistema tacométrico. 6. Tenga bajo consumo de energía y permita optimizar los recursos de gasolina y aceite. 7. Calcule información de distancia recorrida. 8. Calcule el rendimiento de combustible en km/l. 9. Informe la distancia que puede viajar con la cantidad de combustible remanente en el deposito. SISTEMAS COMERCIALES En agencias de venta y servicio CHRYSLER, CHEVROLET y FORD, se puede encontrar que muchos de los automóviles no cuentan con computadora de viaje, y que sólo algunos modelos cuentan con una computadora instalada de fábrica. Las computadoras de viaje existentes en las diferentes marcas de vehículos cuentan con las mismas funciones y se puede pensar que es el mismo sistema el que se encuentra instalado en estos. Los precios de estos automóviles son superiores a los $100,000.00, dependiendo de la presentación y las características de cada auto. Estas marcas de vehículos coincidieron en el hecho de que esta computadora de viaje no se tiene en existencia como refacción ni se conoce formalmente su precio, pues no se vende por separado. Esta computadora de viaje no es compatible con los automóviles en los que no este instalada de fabrica y por lo tanto no es posible instalarla en cualquier tipo de auto. Presentamos las características de la computadora de viaje, las funciones que realiza el sistema son las mismas para todos los autos mencionados y es conveniente notar que estos automóviles cuentan con un "Centro de mensajes" instalado en el tablero frontal y que ofrece al usuario las siguientes funciones: CENTRO DE MENSAJES 1. FALTA LIQUIDO LAVA PARABRISAS: Un símbolo se ilumina cuando la cantidad de liquido en el recipiente es menor de 1/4 de su capacidad. 2. PUERTA ABIERTA: Avisa al conductor que alguna puerta no esta completamente cerrada. 3. CAJUELA ABIERTA: Avisa al conductor que la cajuela no esta completamente cerrada. 4. LÁMPARA FUNDIDA: El centro de mensajes contiene tres mensajes que alertan al conductor si alguna de las lámparas delanteras, traseras o "stop" se encuentra fundida, los mensajes que se iluminan son: a. HEAD LAMP OUT: Lámpara delantera (Faro) fundida b. TAIL LAMP OUT: Lámpara trasera (Calavera) fundida c. BRAKE LAMP OUT: Lámpara de frenado "stop" fundida 4

5 Ninguna de estas funciones requieren de un sistema inteligente y funcionan mediante sensores que encienden o apagan el indicador respectivo en el centro de mensajes de acuerdo a la ocurrencia de cada uno de estos sucesos. Así mismo este vehículo tiene instalado un sistema denominado "Computadora de viaje" la cual ofrece las siguientes funciones: INICIO: Cuando se pone en marcha el motor, la carátula de la computadora de viaje mostrara una de las cinco funciones disponibles. FUNCIÓN ODO ECO 0.0 ECO 0 DTE ET DESCRIPCIÓN (información obtenida del manual de usuario) El odómetro, mide la distancia recorrida desde la ultima vez que se realizo la operación de reinicio "reset" y tiene un máximo de km. Cuando alcanza el máximo automáticamente cambia a cero. Para cambiar a cero se debe realizar la operación de reset. Ejemplo: Km. ODO Esta función indica el promedio de litros consumidos por kilómetro recorrido desde la ultima vez que se realizo la operación de reset. Esta se actualiza y se muestra cada 16 segundos. Para volver a cero se realiza la operación de reset. Ejemplo: 16.5 AVG ECO l./km. Esta función indica el rendimiento actual de litros por cada 100 km. El rendimiento esta basado en el consumo de combustible de los últimos segundos de manejo, este será actualizado y mostrado cada dos segundos. Esta operación no cuenta con operación de reset. Ejemplo: 15.4 l./100 Km. ECO Esta función indica un estimado de kilómetros o millas que se pueden recorrer con el combustible remanente en el vehículo. La distancia es calculada multiplicando la cantidad de combustible remanente por el rendimiento proyectado en la función anterior. Esta predicción cambiara a mayor o menor distancia dependiendo del cambio de los factores involucrados. Ejemplo: 34.5 Km. DTE Esta función nos indica el tiempo de manejo. Este tiempo es acumulable es decir, cuando se apaga el motor el reloj se para y cuando se reinicia la marcha el reloj continúa. Esta función indica un máximo de 99 horas y 59 minutos. Para la primera hora el tiempo será dado en minutos y segundos. Para volver a cero se realizara la operación de reset. Ejemplo: 3:42 ET Esta computadora de viaje cuenta con tres botones denominados: 1. Botón Paso (STEP): Selecciona una de las cinco funciones de viaje; si se requiere cambiar de función se debe oprimir otra vez el botón. 2. Botón "US/M": Selecciona el sistema de unidades entre el sistema ingles y el sistema métrico decimal. 3. Reset: Presionando los botones "STEP" y "US/M" simultáneamente, regresara a cero cualquiera de las tres funciones que se pueden reiniciar que este seleccionada. No es fácil encontrar en el mercado, empresas que diseñen y fabriquen este tipo de sistemas, todos los sistemas que se encuentran instalados en los automóviles de lujo, son importados y son instalados de fabrica. Estas consideraciones, abren la posibilidad de introducir en el mercado, un sistema electrónico que pueda venderse por separado y que abra mas alternativas de administración y control automotriz. OBJETIVO El objetivo de este proyecto, consiste en diseñar, implementar y probar el correcto funcionamiento de un sistema electrónico que realice funciones de aplicación automotriz, compatible con automóviles económicos, de fácil operación, instalación económica, requiera de poco mantenimiento y sea confiable a pesar de que el medio en que trabaja es hostil. 5

6 FUNCIONES DEL SISTEMA: 1. odómetro (distancia recorrida) 2. velocímetro (velocidad) 3. medidor de combustible 4. nivel de voltaje de batería 5. alarma contra robo 6. tacómetro 7. ECO - rendimiento de combustible. 8. DTE - distancia a recorrer con el combustible remanente. VIABILIDAD DE DESARROLLO Actualmente se cuenta con dispositivos electrónicos de alta integración, como microprocesadores, micro controladores, sensores, etc. El micro controlador Intel 8031 de la familia 8051, tiene grandes ventajas como son: su arquitectura interna sencilla y eficiente, el amplio código ensamblador que maneja la versatilidad de los puertos internos y de su puerto de comunicación, su capacidad de direccionamiento de memoria interna y externa etc. y aunque tiene algunas limitaciones estas no son obstáculo para esta aplicación. Actualmente se cuenta con una gran cantidad de dispositivos, sensores, que generan señales eléctricas a partir de temperatura, movimiento, luz, etc. Estos son precisos, confiables y adicionalmente, se cuenta con la tecnología y las herramientas de desarrollo requeridos, como son: ensambladores, grabadores de memorias EPROM e instrumentos de medición. El objetivo de este proyecto consiste en: Diseñar, implementar y probar el correcto funcionamiento del sistema en versión prototipo, alambrado con hilo metálico delgado en bases para circuitos integrados. El diseño y ensamblado del sistema en placa de circuito impreso así como la presentación comercial del sistema, no son el objetivo principal en esta etapa del proyecto. DEFINICIÓN: Alambrado del prototipo del sistema SICV es un sistema electrónico de aplicación automotriz, que cuenta con un conjunto de interfases que reciben información de las diferentes partes funcionales del automóvil, esta información es analizada y una vez que es procesada por la Unidad Central de Procesamiento, se presentan los resultados para que el usuario conozca las condiciones del automóvil. SICV se puede dividir en tres grandes etapas funcionales: 6

7 Primera etapa: Conjunto de interfases que reciben señales del chicote de rodamiento, del flotador de combustible, de la batería, de la carrocería y del distribuidor del automóvil. Como respuesta, generan señales eléctricas controladas que identifican la situación funcional de cada una de estas partes del automóvil. Segunda etapa: La Unidad Central de Procesamiento, (UCP) recibe las señales de respuesta generadas por la primer etapa, las procesa, realiza las operaciones necesarias para obtener la información requerida y entrega resultados a la tercer etapa. Tercera etapa: Presenta los resultados obtenidos en un arreglo de displays. Incluye las señales de alarma para los niveles críticos así como las señales (audio - visuales) de la alarma contra robo. El sistema funciona mediante un programa grabado en memoria ROM, que ejecuta los procesos requeridos para cada función. FUNCIONES: FUNCIÓN ODO VEL COM BAT ACR DTE ECO TAC DESCRIPCIÓN Indica distancia recorrida y tiene una lectura máxima de km. Al llegar al máximo, cambiara a cero automáticamente. Cada vuelta completa del odómetro (999.9 Km.) se registra y se contabiliza. Se puede limpiar los registros de distancia y consultar el numero de vueltas completas del odómetro Indica velocidad del vehículo en kilómetros por hora [km/h]. No tiene función, reset, de reinicio. Indica volumen del deposito que es ocupado por combustible (%). 100% indica tanque lleno, 0% indica tanque vacío. No tiene función, reset, de reinicio. Mide los niveles de voltaje suministrados por la batería eléctrica. Alerta al usuario de niveles críticos. No tiene función, reset, de reinicio. Controla el acceso y el uso del vehículo, mediante acciones preventivas y/o defensivas. Se deshabilita por contraseña. Calcula la distancia que se puede recorrer, con el combustible remanente en el deposito. Presenta la información en kilómetros [km] Calcula la distancia recorrida, por cada litro de combustible consumido. La lectura se expresa en kilómetros por litro [km/l]. Indica el régimen de giro del motor, (tacómetro) expresado en revoluciones por minuto (R.P.M.). Se presenta mediante una barra de leds. Esta función no es controlada por micro controlador. UNIDADES: El sistema maneja únicamente el sistema métrico decimal M.K.S. (metro, kilogramo y segundo) y unidades múltiplos y submúltiplos de estas: kilómetro kilómetro / hora litros volts kilómetros / litro revoluciones por minuto. FUENTES DE INFORMACIÓN: Las fuentes de información, son elementos funcionales del vehículo en donde, mediante sensores, se generan las señales correspondientes a las condiciones operativas y son usadas por las interfases para generar las señales eléctricas con las que se analiza el estado del automóvil. 1. Chicote de rodamiento: odómetro y el velocímetro 2. Flotador del deposito de combustible: interfase de combustible 3. Batería eléctrica: interfase de batería 4. Distribuidor: tacómetro 5. Carrocería y puntos de acceso: A.C.R. 7

8 CHICOTE ODOMETRICO: Es un cable metálico flexible y altamente resistente, esta conectado mecánicamente por un extremo al sistema de rodamiento del automóvil, se encuentra forrado por un material sintético de alta resistencia. El chicote gira a la misma frecuencia de la llanta y proporciona información que permite calcular la distancia recorrida, así como la velocidad del automóvil. Esto se logra por la relación 1:1 existente entre la rotación del chicote y de la llanta, con esto, se obtiene la información del numero de giros realizados por la llanta. El chicote se conecta mecánicamente al Impulsor del sistema y este, alimenta a las interfases correspondientes. FLOTADOR DE COMBUSTIBLE: Es un dispositivo que cambia de posición en función a la cantidad de combustible presente en el deposito, el cambio de posición genera cambios de resistencia eléctrica en la resistencia variable que forma parte del flotador. Es decir, ofrece una resistencia eléctrica, inversamente proporcional a la cantidad de combustible presente en el vehículo. BATERIA ELÉCTRICA: La batería suministra la energía eléctrica necesaria para el automóvil y es uno de los dispositivos mas importantes para el funcionamiento del automóvil, así como de la mayoría de los accesorios de este, como son: La radio, el aire acondicionado, las luces internas, los cuartos y faros. Aun mas, en el momento del encendido del automóvil, la batería es importantemente solicitada. Por esto, es importante que la batería se encuentre en buen estado. La interfase de batería adquiere el voltaje que genera la batería, lo regula y lo entrega a la UCP para su procesamiento, análisis y presentación de resultados. DISTRIBUIDOR: Es la fuente de información que nos permite conocer el régimen de giro expresado en revoluciones por minuto (R.P.M.) a que esta sometido el motor. La señal generada por el distribuidor es básicamente un tren de pulsos eléctricos. La señal es filtrada y procesada por la interfase de tacómetro para presentar el régimen de giro del automóvil con rangos normales y críticos de frecuencia. CARROCERÍA Y PUNTOS DE ACCESO: La carrocería, puertas, cofre y cajuela son fuentes de información que permiten detectar accesos no autorizados y activar la ACR, mediante sensores electromagnéticos de apertura en los puntos de acceso, así como sensores de movimiento en la carrocería. Fuentes de información vs funciones SICV FUNCIÓN FUENTES DE INFORMACIÓN INFORMACIÓN GENERADA ODO Chicote y teclado Distancia recorrida [km]. Reset VEL Chicote Velocidad [km/h] COM Flotador de combustible Volumen ocupado (%) BAT Batería eléctrica Condición eléctrica de la batería ACR sensores de apertura, movimiento y teclado acciones preventivas y/o defensivas ECO datos de ODO y de COM Rendimiento de combustible [km/l] DTE datos de ECO y COM Distancia que puede alcanzar con el combustible remanente en el deposito. [km] TAC Alternador régimen de giro del motor (R.P.M.) 8

9 ENTRADA Y SALIDA DE DATOS: La versión prototipo, cuenta con un teclado de 25 teclas: (0,1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, A, B, C, D, E, F, F1, F2, F3, F4, F5, F6, F7, ESC y reset) con este, el usuario selecciona la función deseada, obtiene información actualizada, controla la ACR, o reinicia los registros del sistema. En una versión posterior, podrá simplificarse el teclado con la finalidad de reducir hardware y con ello costos y espacio. El menú de funciones y la información, se presenta mediante caracteres alfanuméricos representados por 16 displays de 7 segmentos. PRESENTACIÓN DE LA INFORMACIÓN La información se presenta en un arreglo de dieciséis displays, y la información relativa a cada uno de los parámetros procesados cuenta con un espacio de presentación, al cual denominamos "área de lectura". Cada área de lectura cuenta con el numero de dígitos alfanuméricos necesario para el desplegado total de la información correspondiente, cada área de lectura se implemento en base a las características de la información que presentara al usuario. AREAS DE LECTURA DEL TABLERO DE DESPLIEGUE Distribución básica: DF DE DD DC DB DA D9 D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 v c d Velocidad [Km./h] Combustible [%] Odómetro [Km.] VELOCIDAD: El área de lectura de velocidad consta de tres dígitos, los cuales permiten la representación de un rango numérico que va de 000 a 200 kilómetros por hora. COMBUSTIBLE: La cantidad de combustible presente en el deposito, se presenta con tres dígitos, los cuales presentan numéricamente el porcentaje promedio del volumen ocupado por combustible en el tanque del automóvil. El rango de despliegue será de 000 a 100 %. Cuando el deposito este totalmente vacío, la lectura será "000" y cuando este se encuentre totalmente lleno la lectura será "100". ODOMETRO: La distancia es presentada mediante tres dígitos que permiten la presentación de 000 a un máximo de 999 kilómetros. La lectura 000 será presentada al realizarse la operación de reset de ODO con la función F6 o cuando el sistema sobrepase los kilómetros. Esta información se actualiza cada kilómetro recorrido por el automóvil. BATERIA ELÉCTRICA: Display de 7 segmentos El despliegue de nivel de batería se dará por medio de tres niveles: Nivel Aceptable : Sin presentación Nivel critico bajo: LO Nivel Excesivo: HI 9

10 Cuando el voltaje de la batería sea adecuado no se presentara señal alguna. Las señales de nivel critico "LO" y "HI" se mostraran cuando el nivel de voltaje de la batería este por debajo del nivel mínimo requerido o al detectarse un nivel excesivo de voltaje. FUNCIÓN ESPECIAL DTE Calcula la distancia en kilómetros que se puede recorrer con la cantidad de combustible presente en el deposito. Los datos presentados por esta función tendrán un rango de 000 a 999 km. En la implementación del área de lectura en tres dígitos para el desplegado de los valores relativos a esta función se tomaron en cuenta los siguientes criterios: Los automóviles para los que esta diseñado el sistema cuentan con depósitos de combustible de volúmenes de 20, 40 o 60 litros. La distancia que puede recorrer un vehículo depende directamente del volumen de combustible que puede almacenar su deposito y del rendimiento de combustible en Kilómetros por litro. Es decir: Distancia [km.] = Cantidad de combustible [lt] x Rendimiento [km./lt] Considerando un deposito de combustible con capacidad de 20 litros, para que el automóvil pueda recorrer 999 kilómetros, se requiere que este tenga un rendimiento de: 999/20 = km./lt. Para depósitos de combustible de 40 y 60 litros se requiere un rendimiento de y de km./lt. respectivamente; Tomando en cuenta los rendimientos reales de combustible que presentan los automóviles actuales, estas cifras no son alcanzadas aun en las mejores condiciones del automóvil y en las mejores condiciones de manejo. Por ejemplo, para un automóvil con tanque de 60 litros y un consumo de 14 km/l se podrá recorrer una distancia máxima de 840 km. FUNCIÓN ESPECIAL ECO Define el rendimiento del automóvil con relación al numero de kilómetros recorridos por cada litro de combustible. Este valor aun en las mejores condiciones, difícilmente alcanzara un rendimiento real de 15 kilómetros/litro. Esta área de lectura consta de dos dígitos numéricos. Por ejemplo la lectura 12 Implica que las condiciones del vehículo en ese momento han permitido recorrer 12 kilómetros por cada litro de combustible. 10

11 ANÁLISIS Y DISEÑO DEL SISTEMA: Las señales que son recibidas y procesadas por la UCP son las siguientes: código del perímetro de llanta pulsos de giro de llanta señal de voltaje de velocidad señal de voltaje de combustible señal de voltaje de batería código del teclado señales de la ACR (alarma contra robo) Las respuestas generadas son: Información general: distancia recorrida, velocidad, régimen de giro del motor, cantidad remanente de combustible y estado de la batería eléctrica. Niveles críticos y funciones especiales: nivel critico de combustible, estado anormal de carga de la batería eléctrica, ECO y DTE) Respuestas preventivas y/o defensivas: Alarmas contra robo y bloqueo de arranque del automóvil. DIAGRAMA DE FLUJO: Las señales que conforman la información administrada por el sistema son: tacómetro microswitch codificador del perímetro de llanta interfases de o velocidad o distancia o combustible o batería teclado alarma contra robo. El tacómetro no es procesado por la UCP y se presenta en una barra calibrada de leds. El microswitch codificador, permite configurar el tamaño de los neumáticos del automóvil. Las interfases de velocidad, distancia, combustible y batería generan las señales correspondientes a cada uno de estos aspectos. El teclado recibe las instrucciones y solicitudes del usuario y la alarma contra robo, monitorea el estado del vehículo y realiza las acciones correspondientes en caso necesario. 11

12 DIAGRAMA Interfase de Tacómetro micro switch/perímetro llanta Interfase de Velocidad Interfase de Distancia Interfase de combustible UCP Información de niveles críticos Información general Interfase de Batería Teclado Interfase de Alarma Contra robo Respuestas contra robo Información General: Tacómetro [r.p.m.] Velocidad [km/h] Odómetro [km] Nivel de combustible [%] Nivel de batería [ok] Funciones especiales: o ECO [km/l] o DTE [km] Información de niveles críticos: Tacómetro (alto) Nivel de combustible (bajo) Nivel de batería (bajo, alto) Respuestas robo: Preventivas Defensivas contra 12

13 CAPITULO II HARDWARE DEL SISTEMA EL MICROCONTROLADOR 8031 El microcontrolador 8031 es uno de los miembros de la familia MCS-51 de Intel. Esta familia fue diseñada para usarse en aplicaciones de tiempo real, control industrial y en periféricos de computadora. El 8031 puede direccionar 64 kbytes de memoria de programa externa, además de 64 kbytes de memoria de datos externa. Además, el 8031, cuenta con: 128 bytes de memoria de datos interna, y una parte de ella, se puede direccionar por bit. Una área de 128 bytes de memoria interna asignada para los, SFRs, registros de funciones especiales. Hasta el momento, solo se pueden usar 21 de ellos, pues los demás se han reservado para expansiones futuras. Una unidad de procesamiento central, Cuatro puertos programables de entrada / salida (32 líneas en total). Algunos de ellos se usan para el manejo de la memoria externa. 2 timers/contadores de 16 bits cada uno. 1 puerto serial circuiteria interna para el oscilador del reloj 4 bancos de registros (cada banco de 8 registros) localizados en la memoria de datos interna. 5 líneas de interrupción (dos de fuentes externas y 3 de fuentes internas: dos de los timers 0 y 1 y otra del puerto serial con dos niveles de prioridad). ALIMENTACIÓN: El sistema cuenta con dos niveles de alimentación de corriente directa, un nivel esta dedicado a la alimentación de la UCP y de dispositivos que requieren niveles de alimentación TTL, (+ 5v), el otro nivel, es de +12v dedicado a la alimentación de detectores, medidores e interfases, así como a la alimentación de dispositivos de la ACR. Es importante que los datos cargados en memoria RAM se conserven y que la ACR se mantenga alimentada, por esto, la alimentación de la RAM y de la ACR es constante. La alimentación eléctrica de las interfases y de la UCP esta regulada por circuitos electrónicos basados en transistores de potencia y reguladores integrados de la familia LM78XX tal y como se muestra en los diagramas eléctricos del sistema. SWITCH DE CODIFICACIÓN DE LLANTAS La información que define la dimensión de la llanta, se genera mediante un microswitch de 8 interruptores (8 bits), con el, se define el código binario correspondiente al diámetro externo de las llantas. El microswitch se conecta mediante un buffer con estado de alta impedancia al puerto P1 del microcontrolador 8031, se habilita con el vector de direcciones 2800H-2FFFH y se deshabilita con cualquier otra dirección. La palabra dispuesta en el microswitch con rango B (0D) a B (255D) corresponde al código correspondiente del diámetro externo de la llanta. Por disposición de Hardware el código implementado será en orden inverso, es decir: en los interruptores 1 al 8 respectivamente. El sistema fue diseñado para poder soportar llantas de diferentes perímetros, sin que se requiera de ajustes costosos. Se pueden configurar hasta 255 ( B) llantas de diferentes dimensiones, lo cual implicara ajustes de software en el sistema. Sin embargo, lo importante es que exista la posibilidad de ampliar el numero de opciones para el sistema. 13

14 RELOJ DEL SISTEMA La señal del reloj interno se genera mediante un cristal de 12 MHz (f =12 MHz), y como el periodo "T" es el inverso de la frecuencia: T= 1/f= 1/(12 MHz) T = 8.33x10-8 s Un ciclo de maquina (CM) es igual a 12 periodos de oscilador y por lo tanto: 1 CM = 12T = 12 * (8.33x10-8): 1 CM = 1 µs Un ciclo de maquina es de 1 µs y por lo tanto la frecuencia en ciclos de maquina es: f = 1/1x10-6 = 1 MHz. Ejemplo: El sistema usa un, C.A.D, convertido analógico/digital. que tiene como tiempo máximo de conversión 116 µs y si se tienen las siguientes instrucciones: MNEMÓNICO CICLOS DE MAQUINA NOP 1 NOP 1 INC R0 1 CJNE 2 TOTAL 5 (5 CICLOS DE MAQUINA) * (23 ITERACIONES) = 115 µs Este tiempo sumado a dos instrucciones NOP es tiempo suficiente para que el CAD termine de convertir. MEMORIA SICV cuenta con una estructura bien definida de memoria y de registros de almacenamiento de información: Memoria ROM: en donde se almacena el programa del sistema, las constantes y valores de registro. Memoria RAM: Almacena las variables, datos y resultados obtenidos en los procesos. Registros propios del microcontrolador que permiten almacenar y controlar la información requerida durante la ejecución del programa y la configuración de sus diferentes modos de operación. MEMORIA RAM INTERNA: El CI 8031 cuenta con memoria RAM interna de 128 localidades de 8 bits cada una es decir, cuenta con 128 bytes (128x8) bits, con direcciones: 00d a 127d, 00H a 07FH MEMORIA RAM EXTERNA: El sistema utiliza una memoria RAM estática (CI 6116) de 2,048 localidades de 8 bits, es decir tenemos 2 kilo Bytes (2k x 8 bits), con direcciones de memoria que van de la dirección 00d, (00H) a 2047d, (07FFH). En la memoria RAM se almacena la información que requiere ser accesada y actualizada de manera constante, así como los datos introducidos por el usuario. Físicamente la memoria RAM externa de SICV esta mapeada entre las direcciones: 2000H a 27FFH. 14

15 MEMORIA ROM EXTERNA: El microprocesador 8031 no cuenta con memoria ROM interna por lo cual se implemento una memoria ROM externa lo suficientemente grande para almacenar el programa SICV. Esta implementada mediante un EPROM CI 2764 de 8,192 localidades de memoria de 8 bits cada una de ellas es decir tiene una memoria de 8 kilobytes. La memoria esta mapeada físicamente en las direcciones: 0000d a 8191d, (0000H a 1FFFH). La memoria ROM almacena el programa, los datos, vectores de interrupciones y las constantes que requiere el sistema durante su proceso. REGISTROS DE FUNCIONES ESPECIALES: Adicionalmente a la memoria interna y externa, el 8031 cuenta con 21 registros de funciones especiales (SFRs). Una diferencia importante entre la memoria interna y los SFRs es que los 128 bytes internos se pueden accesar de manera directa (MOV data addr) o indirecta mientras que los SFR`s solo pueden ser direccionados en forma directa. Los 128 bytes de RAM interna están divididos en tres áreas que son: 1. Banco de registros 0-3: Direcciones 00H a 1FH (32 bytes). Después del reset el banco que se usa por default es el 0, aun que se puede seleccionar otro banco por software. Cada uno de los bancos contiene 8 registros, los cuales están numerados del 0 al 7. La ejecución del reset inicializa el stack pointer en la localidad 07H y el stack coincidirá con el segundo banco de registros por lo tanto, si se desea usar mas de un banco de registros hay que inicializar el stack pointer en una localidad superior. 2. Área direccionable por bit, esta se encuentra de la dirección 20H a la 2FH con un total de 16 bytes. Cada uno de los 128 bits de esta área puede ser direccionado directamente (0-7FH), en ensamblador se puede hacer referencia a estos bits de dos maneras: Mediante sus direcciones directas (0-7FH) y la otra es con referencia a sus bytes (20H-2FH). De esta manera los bits 0-7 pueden referirse como los bits o el bit 8 como el 21.0 y así sucesivamente. Cada uno de los 16 bytes de esta área también puede ser direccionado como byte. 3. Área multiusos: Se encuentra entre los bytes 30H-7FH y puede usarse como área de datos del usuario o cualquier otro uso. Los SFRs (special function registers) conque cuenta el 8031 son: REGISTRO DIRECCIÓN DESCRIPCIÓN ACC 0E0H Es el registro acumulador. Es el registro mas usado en el juego de instrucciones. B 0F0H El registro B se usa durante las operaciones de manipulación y división. Para otras instrucciones puede ser usado como un registro mas PSW 0D0H (Program Status Word) Contiene información del status del programa SP 81H (stack pointer) Es un registro de ocho bits. Se incrementa antes de meter datos en la pila, ya sea por instrucciones PUSH o CALL. El stack o pila, puede residir en cualquier lugar de la memoria de datos interna. Después de un reset, el SP se inicializa con un valor 07H, lo que hace que el stack comience en la localidad 08H DPTR 83H y 82H (data pointer) El registro DPTR esta formado de un byte alto (DPH) y uno bajo (DPL). Su función es guardar una dirección de 16 bytes P0-P3 80H, 90H, (puertos 0 a 3) Latches de los puertos de entrada / salida 0 a 3 0A0H, 0B0H SBUF 99H (búfer de transmisión y recepción) Búfer de transmisión y de recepción (TH0, TL0), (TH1,TL1) 8CH, 8AH, (timer/counter 0 y 1). Registros de los timer/counter 0 y 1 respectivamente. TH 8DH, 8BH corresponde al byte alto y TL al byte bajo IP 0B8H (interrupt priority) Registro de control para configurar la prioridad de las interrupciones IE 0A8H (interrupt enable) Registro de control para habilitar las interrupciones TMOD 89H (timer/counter mode control) Registro de control para configurar el modo de operación de los timer/counter TCON 88H (timer/counter control) Registro de control para arrancar o parar los timer/counter SCON 98H (serial control) Registro de control y estatus del puerto serial 15

16 REGISTROS DE PROGRAMA Mapa de registros: MAPA DE DIRECCIONES DE MEMORIA SICV 78 ODODECEN 79 ODOUNIDA 7A DECEUNID 7B PERIMETR 7C ODOVUELT 7D ODOALTO 7E ODOMEDIO 7F ODOBAJO 70 VVELOCID 71 VCOMBUST ODOCENTE 68 RGTRCVE0 69 RGTRCVE1 6A RGTRCVE2 6B RGTRCVE3 6C DATO 6D TECLA 6E CONTCLAV 6F FALLOCVE 60 DF 61 DFV FALLOTEC 58 D7 59 D8 5A D9 5B DA 5C DB 5D DC 5E DD 5F DE 50 D0V 51 D0 52 D1 53 D2 54 D3 55 D4 56 D5 57 D6 48 VELOCIDA 49 VD1 4A VR1 4B VD2 4C VR2 4D TPV1 4E TPV2 4F TPV A 3B 3C 3D 3E 3F A 2B 2C 2D 2E 2F SP 20 ACRFLAG 21 REGVISIT 22 ODOFLAG A 1B INTTIM1 1C 1D 1E 1F INTTEC 13 INTTECLA A INTODO 0B INTODOPU 0C 0D 0E 0F INTEXT Localidades de memoria que almacenan variables, constantes, direcciones de registros de control, interrupciones, y resultados que se presentan en displays alfanuméricos 16

17 CONFIGURACIÓN DE LOS SFRs: Los SFRs, son configurados para satisfacer cada una de las funciones que ejecutara el sistema, por lo cual, se presenta en primer lugar la descripción general de los SFRs, y la configuración correspondiente para la ejecución del sistema. TCON: = 00H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT Timer 1 bandera de sobre flujo Timer/counter 1: 1 inicia, 0 se detiene Timer/cntr 0, bandera de sobre flujo Timer/counter 0: 1 inicia, 0 se detiene Int.Ext.1 controlada por hardware Int.Ext.1, 1 define disparo por flanco de bajada, 0 define disparo por nivel bajo Int.Ext.0 controlada por Hardware Int.Ext.0, 1 define disparo por flanco de bajada, 0 define disparo por nivel bajo TMOD: = 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit ODOMETRO TIMER 1 TIMER 0 TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0 (LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M Cuando TRx (en TCON) esta en 1 y GATE=1 el Timer/Counter 1 correrá solo mientras la terminal INT1 este en 1 (Control por hardware). Cuando GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 0=Timer toma como entrada el reloj del sistema, 1=Counter, toma como entrada la terminal de entrada T1 bit selector de modo bit selector de modo Cuando TRx (en TCON) esta en 1 y GATE =1 el Timer/Counter 0 correrá solo mientras la terminal INT0 este en 1 (Control por hardware). Cuando GATE = 0, el TIMER/COUNTE R correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, 0=Timer toma como entrada el reloj del sistema, 1=Counter, toma como entrada la terminal de entrada T0 Bit selector de modo bit selector de modo M1 M0 MODO DE OPERACIÓN DESCRIPCIÓN Timer de 13 bits Timer/counter de 16 bits Timer/counter con auto recarga de 8 bits (Timer0): TL0 funciona como Timer/counter de 8 bits controlado por los bits de control del Timer 0. TH0 funciona como Timer de 8 bits y es controlado por los bits de control del Timer (Timer 1) Timer/Counter 1 detenido 17

18 SCON: = 00H Registro de control del puerto serial (No usado) SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R Especifica modo de puerto serial Ver nota 1 Especifica modo de puerto serial Ver nota 1 Habilita la característica de comunicación en multiproceso en modos 2 y 3. En modo 2 o 3, si SM2 esta en 1, entonces R1 no será activado si el noveno bit del dato (RB8) es 0. En modo 1, si SM2=1 entonces, R1 no será activado si no es recibido un bit de parada valido. En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. Se pone en uno por software para habilitar la recepción y se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modos 2 y 3 es el 9º bit de datos, que fue recibido. En modo 1, si SM2=0, RB8 es el bit de parada que fue recibido. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Puesta en uno por hardware al final del tiempo del 8º bit en modo 0, o al principio del bit de parada en los otros modos, en cualquier transmisión serial. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Puesta en uno por hardware al final de tiempo del 8º bit en modo 0 o a la mitad del tiempo del bit de parada en los otros modos, en cualquier recepción serial (ver excepción en SM2). Debe ser puesta en cero por software. Nota 1: SM0 SM1 MODO DESCRIPCIÓN RANGO DE FRECUENCIA Registro de corrimiento f.osc/ UART de 8 bits Variable UART de 9 bits f.osc/64 o f.osc/ UART de 9 bits Variable PCON: = 00H Registro de control de potencia (No usado) PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0 SMOD GF1 GF0 PD IDL Bit de doble velocidad en baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3. Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa el modo de espera inactiva. 18

19 PSW: = 00H Program status Word. Direccionable por bit PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P Bandera de acarreo Bandera auxiliar acarreo de Bandera 0 disponible al usuario para uso general Bit selector de banco de registros bit 1 Bit selector de banco de registros bit 0 Bandera sobre flujo de No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador IE: = 86H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0 EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX Deshabilita todas las interrupciones, si EA=0 ninguna interrupción será atendida, sí EA=1 cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador. No implementado Habilitadeshabilita sobre flujo del Timer 2 (solo para el 8052) Habilitadeshabilita la interrupción del puerto serial Habilitadeshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1 Habilitadeshabilita la interrupción Externa 1 Habilita deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0 Habilita deshabilita la interrupción Externa 0 Si el bit es 0, la interrupción correspondiente es deshabilitada, si es 1 se habilita. IP: = 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit. TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX No implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052) Define nivel de prioridad de puerto serial Define nivel de prioridad de int. de Timer 1 Define nivel de prioridad de int. Externa 1 Define nivel de prioridad de int. De Timer 0 Define nivel de prioridad de int. externa 0 SP = #07H 19

20 LOS SFR`S EN LOS PROCESOS CONFIGURACIÓN DE INICIACIÓN TCON: = 00H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT Timer 1 bandera de sobre flujo Timer/counter 1 se detiene Timer 0 bandera de sobre flujo Timer/counter 0 se detiene Int.Ext.1 controlada por hardware Int.Ext.1, define disparo por nivel bajo Int.Ext.0 controlada por Hardware Int.Ext.0, define disparo por nivel bajo TMOD: = 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit ODOMETRO TIMER 1 TIMER 0 TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0 (LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M GATE = 0, el Selector de Modo 3 GATE = 0, el Selector de Modo 2. TL0 es un TIMER/COUNTER Timer/Counter, Timer 1 Timer/Counter Timer/Counter, contador de 8 bits con correrá solo 0=Timer toma timer/counter 1 detenido correrá solo 1=Counter, toma auto recarga, al mientras TR1 = 1 como entrada el mientras TR0=1 como entrada el pin presentarse sobre flujo (control por reloj del sistema. (control por de entrada T0 en TL0, se pone en uno software) software) la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0. SCON: = 00H Registro de control del puerto serial (No usado) SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R Registro de corrimiento f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Se pone en cero por software para deshabilitar la recepción serial. Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software. PCON: = 00H Registro de control de potencia (No usado) PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0 SMOD GF1 GF0 PD IDL Bit de doble velocidad de baudios. Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Se inactiva la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Se inactiva el modo de espera inactiva. 20

21 PSW: = 00H Program status Word. Direccionable por bit PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P Bandera de acarreo Bandera auxiliar acarreo de Bandera 0 disponible al usuario para uso general Bit selector de banco de registros bit 1 Bit selector de banco de registros bit 0 Bandera sobre flujo de No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador IE: = 00H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0 EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX Deshabilita todas las interrupciones, si EA=0 ninguna interrupción será atendida. No implementado Deshabilita sobre flujo del Timer 2 (solo para el 8052) Deshabilita la interrupción del puerto serial Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1 Deshabilita la interrupción Externa 1 Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0 Deshabilita la interrupción Externa 0 IP: = 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit. TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP No implementado No implementado PT2 Define PS Define nivel de nivel de prioridad prioridad. Timer 2 (solo puerto 8052) serial. PT1 Define nivel de prioridad de int. Timer 1 PX1 Define nivel de prioridad de int. Externa 1. (Teclado) PT0 Define nivel de prioridad de int. Timer 0. (odómetro) PX0 Define nivel de prioridad de int. externa 0 SP = #07H RESUMEN DE CONFIGURACIÓN DE INICIACIÓN TCON 00H Timer/Counter 1 off; Timer/Counter 0 off; Disparos por nivel bajo TMOD 36H Timer 1 detenido; Timer 0 Controlado por software; Modo contador; modo operativo 2 SCON 00H Puerto serial no habilitado PCON 00H Control de potencia no habilitado PSW 00H Se inicializa IE 00H Deshabilita toda interrupción IP 06H Alta prioridad en la interrupción de teclado (int. Ext. 1) y de odómetro(timer 0) SP 07H Inicializa con valor predeterminado 21

22 CONFIGURACIÓN DE LOS SFR`S PARA EL ODOMETRO TCON: = 10H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT Timer 1 bandera de sobre flujo Timer/counter 1 se detiene Timer 0 bandera de sobre flujo Timer/counter 0 se inicia. Int.Ext.1 controlada por hardware Int.Ext.1, define disparo por nivel bajo. Int.Ext.0 controlada por Hardware Int.Ext.0, define disparo por nivel bajo TMOD: = 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit ODOMETRO TIMER 1 TIMER 0 TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0 (LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, Timer toma como entrada el reloj del sistema. Modo 3: Timer 1 detenido. El TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter: Counter, toma como entrada el pin de entrada T0 Modo 2. TL0 es un contador de 8 bits con auto recarga, al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0. SCON: = 00H Registro de control del puerto serial (No usado) SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software. PCON: = 00H Registro de control de potencia (No usado) PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0 SMOD GF1 GF0 PD IDL Bit de doble velocidad de baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3. Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa el modo de espera inactiva. 22

23 PSW: = 00H Program status Word. Direccionable por bit PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P Bandera de acarreo Bandera auxiliar de acarreo Bandera 0 disponible al usuario para uso general Banco de registros 0 Bandera de sobre flujo No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador IE: = 86H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0 EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX Cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador. No implementado solo para el 8052 Deshabilita la interrupción del puerto serial. Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1. Habilita la interrupción Externa 1 (teclado) Habilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0 (odómetro) Deshabilita la interrupción Externa 0 IP: = 06H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit. TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX No implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052). Define nivel de prioridad de puerto serial. Define nivel de prioridad de int. de Timer 1. Define nivel de prioridad de int. externa 1. Define nivel de prioridad de int. De Timer 0. Define nivel de prioridad de int. externa 0. SP = #07H RESUMEN DE CONFIGURACIÓN PARA ODOMETRO TCON 10H Se inicia Timer/Counter 0 TMOD 36H Se detiene Timer 1; Control del Timer 0 por software, entrada por T0, Modo 2: 8 bits con auto recarga SCON 00H No se usa PCON 00H No se usa PSW 00H No se usa IE 86H Se habilitan interrupciones, se habilita la int. Ext. 1 (Teclado), habilita int. De sobre flujo del Timer 0 (odómetro) IP 06H Prioridad de int. Ext. 1 (teclado) y Timer 0 (odómetro) SP 07H Inicializa con valor predeterminado 23

24 CONFIGURACIÓN DE LOS SFR S PARA LA ALARMA CONTRA ROBO TCON: = 10H Registro de control Timer/Counter. Direccionable por bit ODOMETRO TECLADO ALARMA CONTRA ROBO TCON.7 TCON.6 TCON.5 TCON.4 TCON.3 TCON.2 TCON.1 TCON.0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT Timer 1 bandera de sobre flujo Timer/counter 1 se detiene Timer 0 bandera de sobre flujo Timer/counter 0 se inicia. Int.Ext.1 controlada por hardware Int.Ext.1, define disparo por nivel bajo. Int.Ext.0 controlada por Hardware Int.Ext.0, define disparo por nivel bajo TMOD: = 36H Registro de control de modo de Timer/Counter. No direccionable por bit ODOMETRO TIMER 1 TIMER 0 TMOD.7 (MSB) TMOD.6 TMOD.5 TMOD.4 TMOD.3 TMOD.2 TMOD.1 TMOD.0 (LSB) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M GATE = 0, el TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR1 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter, Timer toma como entrada el reloj del sistema. Modo 3: Timer 1 detenido. El TIMER/COUNTER correrá solo mientras TR0 = 1 (control por software) Selector de Timer/Counter: Counter, toma como entrada el pin de entrada T0 Modo 2. TL0 es un contador de 8 bits con auto recarga, al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y también TL0 se recarga con el valor contenido en TH0. SCON: = 00H Registro de control del puerto serial (No usado) SCON.7 SCON.6 SCON.5 SCON.4 SCON.3 SCON.2 SCON.1 SCON.0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 T1 R f.osc/12 En modo 0, SM2 debe ser 0. Habilita la recepción serial. se pone en cero por software para deshabilitarla Es el 9º bit de dato que será transmitido en modos 2 y 3. Puesto en uno o en cero por software como se desee. En modo 0 RB8 no es usado. Es la bandera de interrupción de transmisión. Debe ser puesto en cero por software. Es la bandera de interrupción de recepción. Debe ser puesta en cero por software. PCON: = 00H Registro de control de potencia (No usado) PCON.7 PCON.6 PCON.5 PCON.4 PCON.3 PCON.2 PCON.1 PCON.0 SMOD GF1 GF0 PD IDL Bit de doble velocidad de baudios. Cuando esta en 1, y el Timer 1 es usado para generar el rango de baudios, y el puerto serial es usado en modos 1, 2 o 3. Reservado Reservado Reservado Bit bandera de propósito general Bit bandera de propósito general Bit de apagado de potencia. Poniendo este bit en uno, se activa la operación de apagado de potencia. Bit de modo de espera inactiva. Poniendo este bit en uno, se activa el modo de espera inactiva. 24

25 PSW: = 00H Program status Word. Direccionable por bit PSW.7 PSW.6 PSW.5 PSW.4 PSW.3 PSW.2 PSW.1 PSW.0 CY AC F0 RS1 RS0 OV - P Bandera de acarreo Bandera auxiliar de acarreo Bandera 0 disponible al usuario para uso general Banco de registros 0 Bandera de sobre flujo No implementado Bandera de paridad, puesto en 1 o 0 por Hardware cada ciclo de instrucción para indicar si el numero de bits 1 es par o impar en el acumulador IE: = 87H Registro de habilitación de interrupciones. Direccionable por bit TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IE.7 IE.6 IE.5 IE.4 IE.3 IE.2 IE.1 IE.0 EA - ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX Cada Interrupción se controlara por separado limpiando o poniendo en 1 su bit habilitador. No implementado solo para el 8052 Deshabilita la interrupción del puerto serial. Deshabilita la interrupción de sobre flujo del Timer 1. Habilita la interrupción Externa 1 (teclado) Habilita la interrupción de sobre flujo del Timer 0 (odómetro) Habilita la interrupción Externa 0 IP: = 07H Registro de prioridad de interrupción. Direccionable por bit. TECLADO ODOMETRO ALARMA CONTRA ROBO IP.7 IP.6 IP.5 IP.4 IP.3 IP.2 IP.1 IP PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX No implementado No implementado Define nivel de prioridad Timer 2 (solo 8052). Define nivel de prioridad de puerto serial. Define nivel de prioridad de int. de Timer 1. Define nivel de prioridad de int. externa 1. Define nivel de prioridad de int. De Timer 0. Define nivel de prioridad de int. externa 0. SP = #07H RESUMEN DE CONFIGURACIÓN PARA LA ALARMA CONTRA ROBO TCON 10H Se inicia Timer/Counter 0 TMOD 36H Se detiene Timer 1; Control del Timer 0 por software, entrada por T0, Modo 2: 8 bits con auto recarga SCON 00H No se usa PCON 00H No se usa PSW 00H No se usa IE 87H Se habilitan interrupciones, se habilita la int. Ext. 1 (Teclado), habilita int. De sobre flujo del Timer 0 (odómetro) y de int. Ext. 0 (ACR) IP 07H Prioridad de int. Ext. 1 (teclado), Timer 0 (odómetro) e int. Ext 0 (A.C.R. ) SP 07H Inicializa con valor predeterminado 25

26 II.I INTERFASES Las interfases del sistema, son circuitos electrónicos especializados que adquieren las señales de cada una de las fuentes de información, una vez que las señales son procesadas, alimentan a la U.C.P. mediante un Convertidor Analógico Digital (C.A.D.). La información es analizada por el sistema, para presentar los resultados obtenidos. INTERFASES 1.- Interfase de distancia 2.- Interfase de velocidad 3.- Interfase de combustible 4.- Interfase de batería 5.- A.C.R. 6.- Tacómetro Por la naturaleza hostil del medio y la alta sensibilidad de la UCP a descargas eléctricas no controladas, las señales generadas en las fuentes de información, se filtran, se regulan y se ajustan para eliminar picos, ruido y sobrecargas de voltaje que pudieran dañar al sistema o alterar su funcionamiento normal. INTERFASE DE DISTANCIA (odómetro) CONSIDERACIONES INICIALES PARÁMETROS DE LAS LLANTAS: R1: Distancia entre el eje y cualquier punto periférico (radio) R2: Distancia entre el eje y la periferia del RIN metálico R3 : Ancho de la cara lateral del neumático Con estos parámetros tenemos las siguientes relaciones: R1= R2+ R3 El perímetro P de la llanta se define por las siguientes relaciones: P = 2 * pi * R1 P = 2 * pi * (R2+R3) R2 se mantiene constante, sin embargo hay que mencionar que R3 varia debido a que el neumático es deformado por factores externos como son el peso del automóvil, la irregularidad del terreno, el desgaste normal por uso de los neumáticos, un inflado a diferentes presiones en las llantas, desbalanceo o una mala alineación. Todos estos factores, provocan que el perímetro de medición P, sea una función dependiente de "n" variables, es decir: P= 2* pi*(r2+ f(n)). Algunas de estas variables son impredecibles e incontrolables, que es mas impredecible o incontrolable que la temperatura del asfalto, la irregularidad de caminos de terracería, empedrados o la presencia de un bache que cause una desalineación?. Podemos decir que un sistema de medición de distancia perfecto, tendrá que considerar y contrarrestar las incertidumbres causadas por estos factores. Consideramos que las características del material, los parámetros de resistencia, el diseño y las técnicas usadas en la fabricación de los neumáticos modernos, permiten considerar que el neumático es mínimamente deformable. Para este análisis, f(n) se considera una constante. La función f(n) por su complejidad se reserva como objeto de un análisis formal que no será tratado en este proyecto. 26

27 Considerando la función: f(n)=r2+ R3 como una constante y definiendo como perímetro de medición a la función: P = 2 * pi * R1 Un giro completo de llanta equivale al perímetro p que al multiplicarse por el numero de giros completos n da como resultado la distancia recorrida D. D = p * n PRINCIPIO OPERATIVO El sistema utiliza un dispositivo mecánico conocido como "impulsor" el cual, es fabricado y vendido en México. Este cuenta con una conexión para el chicote como fuente de información y con dos cables de salida. Por cada giro completo del chicote, el impulsor cierra dos veces un interruptor interno, generando dos pulsos lógicos bajos por cada giro completo de la llanta, estos pulsos excitan al bloque conformado por dos multivibradores monoestables de la familia TTL encapsulados en un circuito integrado 74123, que apoyados en circuiteria externa generan dos pulsos controlados de 1.4 ms de duración por cada pulso lógico generado por el impulsor. Así, se generan cuatro pulsos lógicos bajos por cada giro completo de los neumáticos. Al rodar las llantas con una frecuencia f, el impulsor genera pulsos con frecuencia 2f, estos pulsos excitan al arreglo lógico, el cual genera una señal con frecuencia 4f. Estos pulsos excitan al contador del microcontrolador. Cuatro pulsos generados por la interfase de distancia, representan un giro completo y esto significa que la frecuencia de giro de la llanta es multiplicada por cuatro en la interfase de distancia. Hay que considerar que la distancia que recorre un vehículo con neumáticos deportivos de radio pequeño es menor que la distancia que recorre un automóvil con neumáticos de radio mayor, al completar ambos autos el mismo numero de giros completos de los neumáticos. La frecuencia angular dependerá del radio de la llanta, pues a menor radio se tendrá una mayor frecuencia para una velocidad dada. Llanta chicote f impulsor 2f Interfase de distancia 4f UCP 27

28 ANÁLISIS ODOMETRICO La distancia que recorre el vehículo, se obtiene bajo las siguientes consideraciones: El producto del número de giros realizados por una llanta, y su longitud perimetral, es una aproximación razonable a la distancia recorrida por el vehículo. El odómetro, maneja dos niveles de información: o Primero, registra las distancias entre 0 y 999 km, [00H a 3E7H km] o Segundo, cuenta con un registro distancias entre 1000 y 100,000 km. El sistema cuenta con un microswitch que permite la codificación del perímetro de las llantas. El diámetro externo de las llantas, puede medir entre m ( mm) y m ( mm) y con ello, el perímetro puede medir entre: 1.81 m y 2.35 m Distancia = numero de giros * perímetro Numero de giros = pulsos/4 perímetro = 2π * radio perímetro = π * diámetro Sustituyendo: Distancia = (pulsos/4) * (π * diámetro) (Ec: odo_ 01) Así: D = (π/4) * (p * d) D = distancia p = pulsos d = diámetro Conociendo el diámetro de las llantas, se requiere conocer el numero de giros (y de pulsos) que se deberán completar para que el automóvil recorra un kilómetro. Despejando la variable pulsos de la función (Ec: odo_ 01) tenemos: pulsos = (4 * Distancia)/(π * diámetro) (Ec: odo_ 02) Así: p = 4 * D/π * d Ejercicio Nº 1: Considerando llantas de diámetro externo igual a mm, (perímetro de m). Para que se cumpla un kilómetro de recorrido se deben cumplir: pulsos = 4 * D / π * diámetro pulsos = (4 * 1000) / (π * m) = 2, pulsos Giros = (pulsos / 4) = (2, pulsos / 4) = giros Así, el recorrido de un kilómetro, consiste en el conteo de 2013 pulsos o 503 giros completos de las llantas del automóvil. 28

29 PULSOS VS DIÁMETRO EXTERNO DE LLANTAS La siguiente tabla, presenta los valores de diferentes llantas marca Goodyear, y el numero de pulsos y de giros requeridos para que se recorra un kilómetro. Para mayor referencia consultar el apéndice de Análisis de llantas. LLANTA DIMENSIÓN DIÁMETRO EXTERNO (mm) 1000 m PULSOS GIROS P195/50R , P185/60R , P255/60R , P185/70R , P185/65R , P195/50R , P185/60R , P185/60R , P195/65R , /50R , P195/60R , /60R , P185/70R , P205/60R , /60R , P205/55R , /55R , /55R , /65R , P235/60R , /65R , P215/50R , P225/55R , /60R , /55R , P235/60R , P225/70R , /65R , P235/70R , /65R , /70R , Se marca el registro de llanta que tiene un diámetro externo de mm, debido a que este es el valor promedio de los diferentes neumáticos y será usado como valor de referencia para nuestro análisis. Para un mejor manejo de la información de los diferentes modelos, valores y dimensiones de llantas, consultar la base de datos adjunta llantas.mdb. 29

30 CODIFICACIÓN DE LLANTAS El sistema cuenta con un micro switch integrado, cuya función consiste en suministrar el código correspondiente a las llantas que tiene instaladas el vehículo. Cada llanta cuenta con un código que varia de acuerdo a su diámetro externo. Para mayor referencia consultar el apéndice de Análisis de llantas, o la base de datos adjunta llantas.mdb. Dimensión Diámetro Código Código binario P195/50R P185/60R P255/60R P195/60R P185/65R P195/50R P185/60R P185/60R P205/55R /50R P195/60R P195/60R P185/70R P205/60R /60R P205/55R /55R P195/65R /65R P235/60R P205/65R P215/50R P225/55R P225/60R /55R P235/60R P225/70R /65R P235/70R /65R /70R TABLA DE CODIFICACIÓN DE LLANTAS 30

31 CONTEO DE PULSOS Para calcular la distancia recorrida por el vehículo, consideramos que un kilómetro es la distancia básica para el sistema, es decir, el sistema mide la distancia recorrida por el automóvil, cada mil metros. Como ya se comento, cada giro de la llanta y del chicote de rodamiento, se refleja cuatro pulsos generados por la interfase de distancia. Estos pulsos son registrados por la UCP y son contabilizados por el registro contador del microcontrolador. El contador utilizado para este proceso, es el registro Timer Counter 0 del 8031 y el pin utilizado es el T0 (pin 14). TL0 se configura como contador de 8 bits (0 a FFH), con auto recarga y al presentarse sobre flujo en TL0, se pone en uno la bandera TF0 y TL0 se recarga con el valor contenido en TH0. El numero de pulsos que se deben completar por cada kilómetro recorrido, dependerá del diámetro externo de llanta. Así, para medir un kilómetro de distancia recorrida, solo se requiere contar el numero de pulsos correspondientes a esta distancia, para un diámetro de llantas especifico. Ejemplo: Para un automóvil con llantas de diámetro externo de mm, un kilómetro de distancia lo recorrerá al cumplirse: diámetro externo = m Perimetro = π * diametro Perimetro = m Dividiendo 1000 m entre el perímetro de la llanta, tenemos: giros = 1000 Perimetro giros = pulsos = El conteo de pulsos se realizara de la siguiente manera: Sabemos que se deben realizar giros completos de las llantas, y por lo tanto, pulsos para alcanzar un kilómetro. El conteo se realizara mediante la multiplicación del numero de atenciones a interrupción por sobre flujo del registro y el numero adecuado de iteraciones. El resultado será una aproximación, debido a que en esta versión, no se realizara ningún proceso que maneje decimales. Por ejemplo: Para un diámetro externo de mm, se requieren giros, pulsos. Considerando que no se manejaran valores decimales, se redondea al valor inmediato superior: 2014 pulsos. Se requiere encontrar dos números enteros, menores de 255, (FFH) cuyo producto sea igual o el mas próximo, al numero de pulsos. En este caso podemos ver en la siguiente serie de resultados, que el valor que mas se aproxima a un resultado entero, es el de dividir el numero de pulsos requeridos 2,014 entre 252. Con esto, podemos tomar como una aproximación, el multiplicar: =

32 Es decir, realizando esta operación sin manejo de números con punto flotante, llegamos a una aproximación del numero de pulsos requeridos para poder medir una distancia recorrida de un kilómetro. Ejemplo: = = = = = = Calculando la distancia de un kilómetro mediante la multiplicación de: 252 * 8 = 2016 pulsos y con esta aproximación, en realidad de estará midiendo una distancia: pulsos D = π d D = π 1 4 ( ) ( m) = m km La siguiente tabla presenta los valores correspondientes a utilizar por el sistema para cada diámetro externo de las llantas mas comunes: Presenta el número de identificación del fabricante (Dimensión), su diámetro exterior en milímetros y en metros, la distancia base de medición odométrica, el perímetro correspondiente de la llanta, el número de giros requeridos para completar la distancia base, el número de pulsos requeridos y su valor redondeado (VR), el factor multiplicativo 1, su valor redondeado (VR) y el factor multiplicativo 2, y finalmente los pulsos por contabilizar para definir la distancia base recorrida de un kilómetro. 32

33 ANÁLISIS DE PULSOS PARA DIFERENTES DIÁMETROS SICV EXTERNOS DIÁMETRO EXT. DIÁMETRO DISTANCIA PERÍMETRO GIROS PULSOS PULSOS FM1 FM1 FM2 PPC DIMENSIÓN [mm] [m] [m] [m] /[km] /[km] VR VR pulsos P195/50R , ,205 P185/60R , ,196 P255/60R , ,169 P185/70R , ,151 P185/65R , ,133 P195/50R , ,115 P185/60R , ,106 P185/60R , ,106 P195/65R , , /50R , ,079 P195/60R , , /60R , ,070 P185/70R , ,070 P205/60R , , /60R , ,032 P205/55R , , /55R , , /55R , , /65R , ,008 P235/60R , , /65R , ,976 P215/50R , ,968 P225/55R , , /60R , , /55R , ,872 P235/60R , ,856 P225/70R , , /65R , ,824 P235/70R , , /65R , , /70R , ,694 33

34 34

35 INTERFASE DE VELOCIDAD La interfase de velocidad, tiene como fuente de información el chicote de las llantas, el cual esta conectado mecánicamente al impulsor, en donde se generan dos pulsos lógicos bajos por cada giro completo de la llanta. El tren de pulsos generado por el impulsor, tiene una frecuencia que duplica la frecuencia de giro de la llanta. La operación de la interfase, se basa en un convertidor de frecuencia a voltaje, CFV: CI LM2907, el cual genera una señal analógica, cuya magnitud instantánea es directamente proporcional a la frecuencia del tren de pulsos proveniente del impulsor y por lo tanto, a la velocidad instantánea del automóvil. La responsabilidad de la UCP, consiste en digitalizar esta señal analógica, procesarla y desplegar la información relativa a la velocidad del automóvil en un formato adecuado. ANÁLISIS DE VELOCIDAD d = do + v t do = 0 d v = t d = ( perímetro número _ de _ giros) La velocidad del vehículo se define por: perímetro número _ de _ giros v = t v = p n fn m [ ] s Para convertir las unidades de [ m km ] a [ ] s h km m 1km 3600s = v s 1000m 1h v[ ] h v [ km ] h = v [ ] s 36 m * 10 tenemos: Se requiere multiplicar por un factor de 3.6, es decir, considerando la frecuencia de giro del neumático, tenemos: v[km/h] = fn[hz] * pn[m] * (3.6) Ecuación 1 Considerando la frecuencia del impulsor: v[km/h] = (frecuencia del impulsor/2)[hz] * pn * (3.6) v[km/h] = fimp[hz] * pn [m] * (1.8) Ecuación 2 35

36 Considerando el intervalo de frecuencia que debe manejar la interfase y tomando en cuenta que el voltaje esta comprendido entre 0.0 y 5.0 volts, consideramos el caso extremo en que tenga una llanta con un perímetro de 1.0 m y una velocidad de 200 [km/h]. Despejando la frecuencia del impulsor fimp. de la ecuación 2 tenemos: fimp.[hz]= v[km/h] / (pn[m] * (1.8)) fimp.[hz]= 200[km/h]/(1.8114m * 1.8) =61.33 Hz A una velocidad de 200 km/h y usando neumáticos con perímetro de m, la interfase de distancia generara una señal de frecuencia igual a Hz que es la frecuencia máxima a considerar. El manual técnico, del C.I indica que se tiene la siguiente relación de calculo: Vo = Vcc * Fin* C1* R1 en donde: Vo: voltaje de respuesta Vcc: voltaje de alimentación Fin: frecuencia de excitación C1: capacitor 1 R1: resistencia 1 Los valores teóricos utilizados fueron: Vo = 5.0 volts Vcc = 8.0 volts Fin = Hz C1= 0.1 µf R1= a calcular Calculando R1: R1 = Vo/(Vcc * Fin * C1) R1 = kohms (Es importante verificar este valor experimentalmente) Elementos de conversión de frecuencia a voltaje de la interfase de velocidad: Vo = 5.0 volts Vcc = 8.0 volts C1 = 0.1 µf R1 = kohms El valor de R1 que permitió que se cumpliera la respuesta fue de k ohms. (Se debe verificar el comportamiento con R1 = k ohms) A la salida del C.F.V. CI2907 se implemento un seguidor de voltaje mediante un amplificador operacional LM324 y se ajusto el voltaje mediante un divisor de voltaje. (ver el diagrama eléctrico de la interfase de distancia y velocidad) La señal generada es leída por el C.A.D. de la U.C.P. esta es interpretada, procesada y se presenta la magnitud de la velocidad. llanta impulsor CFV Voltaje de velocidad (Vv) Velocidad = Vo + d/t, tal que: d =(perímetro) * (No. de giros) = P * N V = Vo + P[cm]* fn[hz] 36

37 tal que: fn: frecuencia de giro del neumático P: perímetro del neumático Vo: velocidad inicial Para convertir las unidades de cm/s a km./h se requiere la conversión: (cm/s) * (1 km/100,000cm) * (3,600 s/1 h) = 36/1000 [km./h] Para obtener la información en km/h, la velocidad esta dada por la función: V[km/h] = (P[cm] * fn[1/s] * (36/1000))[km/h] V = Vo + (P*N/t) tal que N/t = f; y f es la frecuencia de giro. V = fn[hz] * P[cm] * 36/1000 Para cuando el perímetro de neumático es de cm, tenemos: V = fn[hz] * (6.5214) El Vv (voltaje de velocidad) en función a la frecuencia del neumático, y con un perímetro de cm, sigue la relación: fn: frecuencia de giro del neumático fi: frecuencia de giro del impulsor Tabla de velocidad: Ti[ms] fi [Hz] fn[hz] Vv [volts] Velocidad (teo.) Velocidad (exp.) Valores obtenidos con un perímetro de P = 181 cm, calculamos la función que describe el comportamiento de la señal de velocidad como función de la frecuencia de giro del neumático: Fn [Hz] (x) Vv [volts] (y)

38 Para encontrar la función que define esta relación, consideramos una recta definida por: y = b + mx, tal que: b = 0; m = (y2-y1)/(x2-x1) calculando m para cada muestra: m1 = ( )/(40-35) = 70E-3 m2 = ( )/(35-30) = 82E-3 m3 = ( )/(30-25) = 96E-3 m4 = ( )/(25-20) = 94E-3 m5 = ( )/(20-15) = 84E-3 m6 = ( )/(15-10) = 86E-3 m = m1+ m2..+ m6/6 = E-3 La función que relaciona al Voltaje de velocidad Vv (voltaje generado por la interfase de velocidad) con la frecuencia de giro de los neumáticos esta dada por: Vv = m* fn[hz] Vv = ( )*fn[Hz] Despejando la frecuencia de los neumáticos fn como función del Voltaje de velocidad Vv, tenemos: fn[hz] = Vv/ ( ) Con lo que encontramos la Velocidad como función del voltaje de velocidad: V[km./h] = (P[cm]* (36/1000) * (Vv / )) V[km./h] = (P[cm] * Vv * 36 / ) V[km./h] = (P[cm]* Vv/2.37) V[km./h] = (P[cm]* Vv*0.4218) Como ejemplo, si se tienen neumáticos de cm de perímetro, y un voltaje de velocidad de 1.3 v, tenemos: V[km./h] = ( cm * 1.3 *0.4218)= km./h V[km./h] = ( cm * 1.3 * ) 100 km./h 38

39 INTERFASE DE COMBUSTIBLE La fuente de información para esta interfase es la resistencia variable que esta integrada en el flotador de combustible que varía en función de la posición que ocupa el flotador en el tanque de combustible y es inversamente proporcional a la cantidad de combustible que se tiene presente en el depósito, es decir cuando el tanque se encuentra lleno, la resistencia es mínima (20 Ω aprox.) y cuando se encuentra vacío la resistencia alcanza su valor máximo (350 Ω aprox.). La interfase genera una señal analógica proporcional al valor de la resistencia eléctrica y define con ella la cantidad de combustible que hay en el deposito. El C.A.D. digitaliza esta señal, la U.C.P. la procesa y presenta la cantidad de combustible. Las funciones especiales ECO y DTE utilizan la información relativa a la cantidad y el consumo de combustible. La interfase de combustible, se diseño de la siguiente manera: El medidor de combustible de un automóvil VW sedan, se basa en un medidor analógico, consistente en un indicador electromagnético de aguja controlado por corriente, debido a la variación de la resistencia del flotador y en donde el sistema es alimentado con un nivel de CD de 12 volts. (ver diagrama C1 de interfase de combustible). La resistencia del flotador de combustible Rf, tiene un rango resistivo entre 20 y 350 Ω y al estar alimentado por un voltaje de 12 volts, las corrientes involucradas varían entre 30 ma y 0.6 A. Rf =[20, 350] ohms f = V/Rf If = 0.6 A (Tanque lleno) If = ma (Tanque vacío) Para implementar un medidor digital, fue necesario cambiar este esquema. Se diseño un circuito basado en un puente de Wheatstone que utiliza la misma resistencia del flotador de combustible, se elimino de esta etapa el indicador electromagnético de aguja y el puente de Wheatstone genera un voltaje variable controlado por la resistencia del flotador. Este voltaje excita a un opto acoplador y este alimenta a un seguidor de voltaje. La señal resultante es filtrada y ajustada en magnitud por un divisor de voltaje. La señal de respuesta varia de 0.0 a 5.0 volts C.D. en relación directa con la cantidad de combustible que esta presente en el deposito. Análisis del "Puente de Wheatstone": Vo1 = Vi (R3/R3+ R3) = Vi (R3/2R3) = Vi/2 Vo1 = Vi/2 Por otro lado, Vo2 = Vi(R1/R2+ R1) El voltaje de medición, esta dado por: Vm = Vo1 - Vo2 = Vi(1/2) - Vi(R1/R1+ R2) Vm = Vi((1/2) - R1/(R1+ R2)) >= 0 Por lo tanto: (1/2) - (R1/(R1+R2)) > 0 (1/2) > (R1/(R1+ R2)) tal que R1 esta entre [20, 350] ohms R1 + R2 > 2R1 R2 > 2R1 - R1 39

40 por lo tanto: R2 > R1 tal que R1 = 350 Ω R2 > 350 Ω Así: R2 = 352 Ω y con esto se cumple que Vm > 0. Como la resistencia máxima de R1 = 350 Ω, esto implica que R2 = 352 tal que R1 esta entre [20, 350] ohms. Para Vo2: Vo2 = Vi*(R1/(R1+ R2)) Tal que Vi = 12 v; R2= 352 Ω; R1 esta entre [20, 350] ohms Vo2= 12 * R1/(R1+ R2) = 12 * (20/(20+352))= v para R1 = 20 Ω Vo2= 12 * R1/(R1+ R2) = 12 * (350/( ))=5.982 v para R1 = 350 Ω Así: Vm = = 5.350v tal que R1 = 20 Ω (Tanque lleno) Vm = = 0.018v tal que R1 = 350 Ω (Tanque vacío) Para ajustar el voltaje de salida a partir del nodo C01 se implementó un divisor de voltaje. Vo = Vi*(R6/(R5+ R6)) Vo/Vi = R6/(R5+ R6) desarrollando: R5 = R6 * ( (Vi/Vo) -1) tal que Vi = 10.3 v; Vo = 5.0 v R5 = R6 * (1.06) R6 = 2.20 kω R5 = 2.35 kω Con estos valores, tenemos la siguiente tabla comparativa: R1 [Ω] Vo [volts] P [%] Litros

41 Un VW sedan tiene un tanque con capacidad de 40 litros aprox., consideramos una función lineal (a reserva de un análisis posterior mas exacto), entre el voltaje máximo de 5.0 volts el porcentaje de llenado 100%, y un total aproximado de 40 litros. Por regla de tres: P[%]= (V[volts]*100[%])/5[volts] P[%]= (V * 20)[%] En donde P[%] es el porcentaje de llenado del tanque y V es el voltaje generado por la interfase. Para el calculo en litros, tenemos: l [litros] = (V[volts]*40[litros])/5[volts] l [litros] = (V * 8) en donde V es el voltaje generado por la interfase. INDICADOR ANALÓGICO Para mantener la medición analógica de combustible, se implemento un circuito que permite la lectura de la cantidad de combustible con el dispositivo de medición original. Este circuito consume mucha potencia, por lo cual es recomendable no utilizarlo. (Ver diagrama C2 de interfase de combustible). Este circuito consiste en un seguidor de voltaje conectado al nodo C01 de la interfase de combustible, el cual alimenta a un transistor de potencia que funciona como controlador de la corriente que circula por el medidor analógico de combustible. Como se muestra en el diagrama C2 del diagrama de la interfase de combustible. Al aumentar el voltaje de excitación del seguidor de voltaje, aumenta la corriente de colector del transistor, esta corriente tiene un máximo de 0.6 amperes, cantidad equivalente de corriente que alcanza el indicador electromagnético bajo el esquema original cuando la resistencia variable del flotador presenta su valor resistivo mínimo de 20 Ω. Se utilizo un transistor NPN TIP 31A que tiene un factor hfe medido experimentalmente de hfe =17, Soporta una corriente de colector máxima de 7 amperes y una potencia máxima de: PD = 50 Watts. 12v/20 Ω = 0.6 amperes Análisis teórico: ib = (Vb-Vbe)/Rb y como ic = β * ib ic = β *ib ic= β * (Vb-Vbe)/Rb ic= β * (Vb-Vbe)/Rb La relación ic = β * ib es valida para antes de llegar a la saturación del transistor, en donde: Vce = Vce sat = 0.2v ic = (Vcc - Vce sat)/rc = (12-0.2)/19.5 Ω = 0.6 amperes ic = 0.6 amperes La corriente de base mínima requerida para que exista saturación es: ib sat min = ic sat/β = (0.6 amperes)/17 = mili amperes Para Vb = > ib = mili amperes 41

42 ib = ( )/Rb ib sat = ( )/Rb = mili amperes De donde: Rb = 272 Ω Para Rb = 272 Ω, implica que para Vb = 10.3 v, ic = (beta) * ib tal que ib = ( )/272 Ω = mili amperes ic = (beta) ib = 17* = 0.6 amperes Para Rb = 292 Ω, para Vb = 10.3 v tenemos ic = (beta)* ib tal que ib = ( )/Rb R1 [Ω] I [ma]

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44 INTERFASE DE BATERIA Es excitada por la batería del automóvil y genera una señal analógica controlada y filtrada que excita al C.A.D. de la U.C.P. para el análisis de la información, la presentación del resultado obtenido y la activación de la señal de alarma cuando el nivel de voltaje sea critico. La interfase consiste en un divisor de voltaje con relación 20:5 en donde el voltaje de salida es filtrado y regulado por un diodo Zener IN 4733 que cuenta con un voltaje de ruptura de 5v con esto, el voltaje introducido en el C.A.D. no excederá el voltaje máximo permitido. La regulación del voltaje de la batería fue necesaria por seguridad del sistema y por confiabilidad de la información. Esta señal alimenta a uno de los canales del C.A.D. permitiendo con ello la digitalización de los niveles de voltaje leídos, para presentar la información relativa a la condición eléctrica de la batería del automóvil. Para un automóvil de tipo estándar la batería no mantiene un voltaje constante, por el contrario el voltaje que se produce en esta, varia con relación al estado del automóvil y de los aditamentos de este que requieren de alimentación eléctrica. El rango de medición de la carga se encuentra comprendido entre los 10 y los 20 volts C.D. los rangos se interpretan de acuerdo a la condición de apagado o en marcha del motor del vehículo. NIVEL DE VOLTAJE ESTADO DEL MOTOR INTERPRETACIÓN volts Apagado Tensión de batería baja, se requiere verificar inmediatamente la batería volts Apagado Correcto, aun con luces encendidas, debe tener un voltaje en este rango volts en marcha Batería baja, existe un consumo elevado debido al alumbrado, radio, etc volts en marcha Correcto, rango normal aun con luces encendidas Excesiva. Si esta situación se mantiene por mas de 10 minutos, revisar sistema de volts en marcha regulación Tabla comparativa de valores experimentales de la Interfase de Batería: Vin [volts] Vout teórico [volts] Vout exp. [volts] Estado operativo de la batería Motor apagado Motor encendido Bajo Correcto Bajo Alto Correcto Alto Se puede ver que como Vout = Vin/4, la función de transferencia es: A = ¼ BATERIA INTERFASE DE BATERIA UCP Vin Vout 44

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46 INTERFASE DE ALARMA CONTRA ROBO Las fuentes de información son sensores de movimiento y de apertura instalados en la carrocería y los puntos de acceso del automóvil. Al activarse cualquiera de estos, la interfase recibe la señal correspondiente y realiza las acciones necesarias para activar los dispositivos de alarma o defensa. Para detectar movimientos del vehículo que pudieran ser provocados por un intruso o por accesos no autorizados al interior del automóvil, se diseño e implemento un circuito lógico que cumple con este fin. Para detectar un acceso no autorizado, se utilizan interruptores magnéticos como sensores de apertura y para vigilar el movimiento del automóvil, se utilizan sensores de movimiento comerciales. La interfase genera dos tipos de señales: SEÑAL PREVENTIVA Al detectar el movimiento del chasis, se genera un pulso que dura unos cuantos segundos, este pulso activa una sirena cuya función es desanimar al intruso. SEÑAL DEFENSIVA Al detectar un acceso no autorizado, se genera un nivel de voltaje TTL que permanece en un nivel lógico alto, hasta que es desactivado mediante una señal generada por la U.C.P. La señal de activación y desactivación de la alarma, es controlada mediante una contraseña introducida por medio de teclado. Los mecanismos de defensa que se realizaran en forma automática son: la activación intermitente del claxon y la desconexión del encendido del vehículo. Sobre la base de estas condiciones, tenemos un sistema lógico combinacional, con el siguiente análisis: TABLA DE VERDAD: G = GEN1. GEN2 P = PAR1. PAR2... PARN SD = SEÑAL DEFENSIVA SP = SEÑAL PREVENTIVA G P SD SP ESTADO Estado Estado Estado Estado 4 Sensor de alarma general, es cada sensor de movimiento y sensor de alarma particular a cada sensor de apertura. Sobre la base de estas definiciones, tenemos los siguientes casos: CONDICIÓN G = 0 G = 1 P = 0 P = 1 SD = 0 SD = 1 SP = 0 SP = 1 CASO sensor de alarma general activo sensor de alarma general inactivo sensor de alarma particular activo sensor de alarma particular inactivo Señal de disparo de sistema defensivo activa Señal de disparo de sistema defensivo inactiva Señal de disparo de sistema preventivo activa Señal de disparo de sistema preventivo inactiva 46

47 De la tabla de verdad podemos definir las siguientes situaciones: Estado 1: En esta situación se activan los sensores generales y particulares, es decir se mueve el automóvil y se abre uno o mas de los puntos de acceso. En respuesta a esta situación, se dispara inmediatamente el sistema defensivo del vehículo. Estado 2: En esta situación se activan únicamente los sensores generales, lo cual dispara el sistema de alarma preventivo. Estado 3: Esta situación no será común pues se activan los sensores particulares pero no se activan los sensores generales, es decir se viola uno o mas puntos de acceso sin que se detecte un movimiento del vehículo, esta situación puede ocurrir si el sensor de movimiento esta mal calibrado y/o el vehículo es abierto sin que se detecte movimiento alguno. De cualquier manera, en este caso se dispara el sistema de alarma defensivo. Estado 4: Este estado se mantiene mientras no se active sensor alguno, la alarma contra robo permanece inactiva. Obtenemos las expresiones booleanas de estos circuitos combinatorios que son: SD = P = (p1 * p2 * p3 * p4) SP = G + P' = (g1 * g2) + (p1 * p2 * p3 * p4)' Aplicando leyes de Morgan tenemos: SP = (G'* P)' Sobre la base de este análisis se implemento el circuito electrónico de la interfase de alarma contra robo, el cual cuenta con dos multivibradores monoestables encapsulados en un C.I.74123, cada uno genera un pulso cuando se presentan las condiciones de alarma. El monoestable de la etapa defensiva excita a un flip flop SR que genera un nivel de voltaje, que se mantendrá hasta que el usuario desactive la acción defensiva del sistema. El pulso generado por el monoestable tiene una duración aproximada de 1 ms el cual es suficiente para disparar el S.R. El monoestable de la etapa preventiva genera un pulso de aproximadamente 2 segundos de duración, este activa una sirena que ahuyentará al intruso. Esta alarma se activara con cualquier movimiento del vehículo y la sensibilidad del detector, sensor, es regulable. Además del circuito que genera la información de alarma a partir de los sensores de movimiento y de acceso, se requirió de un circuito lógico cuya función es controlar los estados de alarma Activa e Inactiva. Esta etapa cuenta con una entrada de control que al mantenerse en un nivel lógico 1, la alarma se encuentra en estado activo lo cual implica que se realizarán las respuestas preventivas o defensivas que sean necesarias. Con la entrada de control en un nivel lógico 0, la alarma se mantendrá en estado inactivo y se inhabilita cualquier respuesta preventiva o correctiva. El análisis de esta etapa se realiza por separado para los circuitos preventivo y defensivo. SISTEMA DE ACTIVACION DE A.C.R. Etapa defensiva: Parámetros: X: Señal de violación de acceso al vehículo. Y: Control de etapa Aon/Aoff (Y=1: Alarma activa; Y=0: Alarma inactiva) Z: Respuesta X Y Z ESTADO Off On Off Off 47

48 De donde obtenemos la expresión lógica: Z = Y'+ X = (YX')' Etapa preventiva: X Y Z La expresión lógica en este caso, es: Z = XY Respuesta defensiva: No se podrá encender el vehículo, se abre el circuito de encendido mediante un relevador conectado en serie. Se activa el claxon en forma intermitente con un relevador conectado en paralelo con el switch del claxon. Respuesta preventiva: Advierte al intruso que el automóvil esta protegido mediante un sistema electrónico, al detectarse un movimiento se activara una sirena durante de un par de segundos. Si el movimiento del vehículo continua, la sirena continuara sonando. Se utiliza un sensor de movimiento marca CLIFFORD, el cual se alimenta con un voltaje de +12 volts C.D. y genera una respuesta con un voltaje de +10 volts CD. Para utilizar este sensor en la interfase de A.C.R. se requirió ajustar el voltaje de respuesta del sensor (10 v) a los circuitos TTL (5 v) de la Interfase, por ello se utilizo un diodo zener de 5 volts como regulador de voltaje. (ver el diagrama de la alarma contra robo) ANALISIS DE POTENCIA Para R = 390 Ω; i = (10 v - 5 v)/r = 5/R = 5/390 = ma P = (i) 2 * R = (12.82 ma) 2 * (390 Ω) = mili Watts En el circuito prototipo de la A.C.R. se implemento un conector DB 25 con la siguiente configuración de conexiones: PIN CONEXION 01 NC 02 sensor de apertura puerta 1 03 sensor de apertura puerta 2 04 sensor de apertura cajuela 05 sensor de apertura cofre 06 salida sensor de movimiento 1 07 salida sensor de movimiento 2 08 reset de A.C.R. 09 NC 10 Tierra 11 Tierra 12 NC 13 Vcc +12 v (alimentación de sensores de movimiento) 14 NC. NC. NC 25 NC 48

49 ETAPA LOGICA 49

50 ETAPA PREVENTIVA 50

51 ETAPA DEFENSIVA 51

52 INTERFASE DE TACOMETRO En todo vehículo motorizado hay que considerar que la máquina es sometida a regímenes de giro que pueden variar entre frecuencias muy bajas hasta frecuencias sumamente elevadas que en un extremo pudieran provocar un esfuerzo mecánico del motor, mayor al recomendado y existe la posibilidad de que el motor del automóvil sufra graves consecuencias. Por ello es necesario contar con instrumentos de medición que permitan conocer el régimen de rotación al que se esta sometiendo al motor del vehículo. Estos instrumentos conocidos como tacómetros, fueron requeridos, concebidos e implementados antes de que existiera una tecnología electrónica avanzada por lo que en sus inicios se implementaron tacómetros mecánicos altamente confiables y precisos, se implementaron con mecanismos de relojería y engranajes muy complejos y costosos. En los vehículos modernos la potencia se logra en base a los altos regímenes de rotación y actualmente se pueden encontrar vehículos comerciales con regímenes de giro de 6000 o 7000 R.P.M.; Se pueden encontrar motores que trabajan hasta con regímenes de giro de a R.P.M. en automóviles deportivos de competencia. Un automóvil Volkswagen modelo sedan cuenta con una velocidad máxima de crucero de aproximadamente 127 Km./h. Es conveniente contar con información relativa al régimen de giro a que esta sometido el motor y con ello poder optimizar el uso de combustible y aceite, así como prolongar la vida útil del motor. La fuente de información es el distribuidor y la función de la interfase es traducir el régimen de giro del motor en niveles analógicos de voltaje. La interfase recibe un tren de pulsos eléctricos provenientes del distribuidor, esta señal se procesa por una primer etapa consistente en un divisor de voltaje que controla la magnitud de los pulsos y un filtro pasa bajas que controla el paso de señales de alta frecuencia. Estos pulsos excitan a un circuito de conmutación implementado con transistores que funcionan de la siguiente manera: Al llegar el primer pulso, el transistor T1 se satura, por lo tanto conduce y el voltaje en el colector es un cero lógico, esto provoca que mediante el capacitor de acoplamiento C2 el transistor T2 entre en corte y el voltaje en su colector es un uno lógico. Esta etapa esta regulada por un diodo zener de 8 volts. La señal obtenida del colector del transistor T2 es un pulso controlado que define un pulso generado por el distribuidor. El circuito RC-T1, T2 realiza la función de generador de pulsos controlados cuya frecuencia es igual a la frecuencia de giro del motor. Con esta señal se excita al convertidor de frecuencia a voltaje (C.F.V.) C.I. LM2907, que lee la frecuencia con que se presenta el tren de pulsos y genera una señal analógica de amplitud proporcional a la frecuencia que lo excita. Esta señal se introduce en un divisor de voltaje que ajusta el nivel de respuesta y a un seguidor de voltaje cuya función es suministrar el voltaje necesario para excitar la etapa de desplegado, la cual consiste en dos C.I. LM3914 y un arreglo calibrado de leds dispuestos linealmente. El encendido de la barra de leds indica la escala de frecuencias normales y criticas en R.P.M. Al excitar el arreglo de controladores de la barra de desplegado tacométrico LM 3914, el acoplamiento generó un error de voltaje del orden de 0.24 volts por encima de el voltaje requerido para el calibrado del sistema, por ello se implemento un divisor de voltaje cuya función es regular el voltaje necesario para el encendido calibrado de la barra de leds. Para acoplar de manera mas adecuada al C.I. LM2907 con el arreglo de los C.I.s LM3914 se implemento un seguidor de voltaje para aislar la señal y evitar cualquier problema de acoplamiento. En un motor de cuatro tiempos como es el caso del VW Sedan, se produce una chispa por cada dos vueltas del cigüeñal lo cual, implica que por una chispa generada se realizaron dos giros completos del cigüeñal. Ejemplo: Si se tiene una frecuencia de 20Hz (20 chispas/segundo)= 40 giros del cigüeñal cada segundo, con lo que podemos calcular el numero de revoluciones por minuto; 40 * 60 segundos = 2400 revoluciones por minuto. R.P.M. = 2* f[hz] * 60 s El numero de revoluciones Nr es igual a la frecuencia [Hz] por el factor 120. Nr[R.P.M.] = 120 * f[hz] 52

53 El sistema tacométrico presenta información calibrada mediante un arreglo de despliegue conformado por 20 leds y cuenta con un control de selección de rangos. Puede operar de manera alternativa con tres diferentes rangos de frecuencias: 210 R.P.M. a 4200 R.P.M. 420 R.P.M. a 8400 R.P.M. 600 R.P.M. a R.P.M. De acuerdo al manual del C.I. LM2907, la ecuación de diseño es: Vo = Vcc * fin * C1 * R1 Se tienen los siguientes parámetros fijos: Voltaje de alimentación = 8v C1 = 0.1 µf Se requiere un voltaje de salida de 2.6 volts para el control de la etapa de despliegue. Despejando R1 para las diferentes frecuencias máximas deseadas tenemos: Para fin = 100 Hz; R.P.M. R1 = Vo/(Vcc * fin * C1) = 2.6/(8 * 0.1 µf * 100)= kω R2 = Vo/(Vcc * fin * C1) = 2.6/(8 * 0.1 µf * 70)= kω Para fin = 70 Hz; 8400 R.P.M. Para fin = 35 Hz; 4200 R.P.M. R3 = Vo/(Vcc * fin * C1) = 2.6/(8 * 0.1 µf * 35)= kω Se encontró de manera experimental que la resistencia requerida difiere en un factor de Las resistencias requeridas son: Para fin = 100 Hz; R.P.M.: R1= kω Para fin = 70 Hz; 8400 R.P.M.: R2= kω Para fin = 35 Hz; 4200 R.P.M.: R3= kω Nota: debido a la sensibilidad del convertidor de frecuencia a voltaje fue importante ser riguroso en la implementación de estos valores resistivos. Calibrado teórico de la barra tacométrica R.P.M. LED N RANGO 1 RANGO 2 RANGO ,200 8,400 12, ,990 7,980 11, ,780 7,560 10, ,570 7,140 10, ,360 6,720 9, ,150 6,300 9, ,940 5,880 8, ,730 5,460 7, ,520 5,040 7, ,310 4,620 6, ,100 4,200 6, ,890 3,780 5, ,680 3,360 4, ,470 2,940 4, ,260 2,520 3, ,050 2,100 3, ,680 2, ,260 1, , El tacómetro cuenta con tres modalidades de operación y en cada una de ellas con veinte diferentes valores de medición. La primera cuenta con intervalos de 210 R.P.M., la segunda con intervalos de 420 R.P.M. y la tercera con intervalos 600 R.P.M. En cada una se tienen intervalos controlados de voltaje que van de 0.0 a 2.6 volts de respuesta en el primer bloque circuital de la interfase. Los valores teórico - experimentales de la interfase se presentan en la tabla comparativa, en donde se puede apreciar la característica lineal así como la correlación entre las distintas modalidades operativas del sistema. (Ver diagrama de interfase de tacómetro). 53

54 54

55 II.II UNIDAD CENTRAL DE PROCESAMIENTO Bloque del reloj del sistema Microcontrolador 8031 Buffer Tri-State para el micro switch del código de llanta Dispositivo de direccionamiento Memoria EPROM 55