Diseño e implementación de un equipo de prácticas de control automático

Transcripción

1 Pantalla de funcionamiento manual. Esperando datos de entrada y salida (corriente, tensión o posición) 5 Esquemas eléctricos 5.1 Placa principal. En el esquema eléctrico general que se representa más adelante se puede ver toda la circuitería que compondrá el proyecto salvo la parte del motor que se monta de forma independiente al resto. Regulación de voltaje: Existen dos etapas reductoras y reguladoras de voltaje, la primera regula y reduce el voltaje a 15v desde los 24v iniciales. La segunda reduce y regula desde los 15v hasta los 5v. Realizando un análisis transitorio del sistema se pueden ver los voltajes inicial y resultante de las dos etapas de reducción. Hay que colocar aletas a ambos reguladores puesto que la tensión de entrada en ambos supera con creces los tres o cuatro voltios por encima del voltaje que se quiere como salida. Se ha mejorado la conversión de cc cc mediante transistores de potencia tal y como se ha explicado en puntos anteriores. Con dichos transistores conseguimos obtener un voltaje de salida estabilizado pero dejamos pasar más corriente a través de dicho transistor, por lo que el conversor dc-dc tipo 78XX no se calienta y conseguimos un extra de corriente para la alimentación de nuestro equipo. Alejandro Quintero García Página 57 de 214

2 5.2 Placa secundaria. En la placa secundaria se ha instalado otra etapa de conversión para que la alimentación de todos los componentes sea externa a la de la placa principal. Para este caso también se ha empleado un conversor dc-dc tipo 78XX en su formato TO3: Alejandro Quintero García Página 58 de 214

3 Para esta placa no ha sido necesaria la instalación de un transistor de potencia adicional, dado que el consumo de los componentes instalados no supera el amperio, y un conversor dc-dc tipo To3 soporta estos valores de corriente sin necesidad de instalar un disipador A parte de la etapa de alimentación, en la placa secundaria encontramos un conector de 20 pines para la pantalla GLCD, un microcontrolador 18f4685, y varios conectores genéricos con los que podemos aprovechar las características de este microprocesador, como puede ser sus conversores A/D de 10bits, su módulo de comunicaciones EUART por hardware o cualquier puerto de entradas o salidas digitales. Alejandro Quintero García Página 59 de 214

4 La pantalla GLCD requiere 16 pines por parte del microcontrolador para su control, de los que 8 de ellos son de transmisión de datos, 6 son para la activación de la lógica de la pantalla, y dos para activar los dos microcontroladores que tiene instalado el propio GLCD y que se encargan de representar gráficamente cualquier información en la pantalla. Utilizaremos un reloj externo formado por un cristal de cuarzo ce 20 MHz y dos condensadores en vez del interno del que dispone el propio microcontrolador 18f4685 dado que éste, es de tan solo 8mghz, necesitando 20mghz para poder establecer la comunicación puerto serie entre los dos microcontroladores. Esto es así dado que para que no haya problemas en la transmisión de datos mediante serie, al tratarse de una comunicación asíncrona, ambos dispositivos han de estar trabajando a la misma frecuencia de reloj, y en el caso del microcontrolador principal se requieren 20mghz para obtener la velocidad necesaria según las especificaciones de la conexión USB. Alejandro Quintero García Página 60 de 214

5 5.3 Fuente de alimentación mejorada. Con la finalidad de simplificar en la medida de lo posible la electrónica del equipo de prácticas, para poder disponer de un equipo lo más compacto posible, pero también para eliminar el mayor número de componentes, con el consiguiente abaratamiento del precio por unidad, se ha diseñado una fuente CA-CC para la alimentación de todo el dispositivo. Se trata de una fuente lineal cuyas características vamos a detallar a continuación. Alejandro Quintero García Página 61 de 214

6 Se trata de un transformador CA-CA de 230V a 40V ca. Dicho transformador aporta una corriente máxima de 2 amperios. A la salida del transformador instalamos un puente de diodos que rectifique que soporte la corriente aportada por el transformador. Mediante dos condensadores en paralelo establecemos un primer filtro de tensión y mediante un conversor dc-dc 7824 en su formato TO3 conseguimos 24V cc totalmente filtrados y estabilizados. Para aprovechar el máximo de dos amperios que es capaz de aportar el trafo, instalamos un transistor de potencia (TIP45 o BD438) con el que podemos ampliar la corriente aportada hasta los dos amperios máximos, manteniendo constante la tensión de salida en 24V. Al emplear el transistor de potencia y el conversor en su formato TO3 no es necesario instalar disipadores de aluminio, lo cual, aparte de abaratar costes, permite la creación de un dispositivo más compacto. Realmente para el diseño de una fuente lineal, y dados los consumos requeridos por el equipo de prácticas, no es necesario ser muy restrictivo a la hora de elegir los componentes. Hay una gran gama de transistores de potencia, de condensadores o de transformadores que pueden formar parte de la fuente de alimentación dando unas prestaciones similares, por lo que los componentes mostrados en el esquema anterior son orientativos. Los condensadores elegidos son de tipo electrolítico, y las capacidades son las recomendadas por el fabricante del conversos dc-dc (Maxim LM7824 To3). El transistor de potencia es orientativo, igualmente serviría cualquiera cuya corriente de colector-emisor pueda soportar al menos un amperio. En relación al puente de diodos no hay mucho que comentar, simplemente se elige en base a los dos amperios que se producen como máximo a la salida del transformador CA-CA, por lo tanto, los diodos que forman el puente han de soportar un máximo de 2 amperios. El catálogo es amplio y no hay restricciones en cuanto a Alejandro Quintero García Página 62 de 214

7 rapidez de conmutación ni nada por el estilo, por lo que se puede elegir en general, cualquier componente que esté en el rango de las especificaciones propuestas, es decir, Entrada 230VCA, Salida 24VCC, 2A. 6 Rutinas del controlador principal A continuación se va a detallar minuciosamente el código o firmware empleado para los dos microcontroladores, el generado para comunicar el dispositivo con Matlab o las herramientas implementadas también en Matlab para el control de los motores. También se va a detallar el control de la pantalla GLCD así como las librerías que se han utilizado. 6.1 Configuración básica del controlador principal. El programa interno del controlador se desarrollara en C#. Para ello se utilizara un compilador C que transformara el programa desarrollado a código con el que se podrá programar el PIC a través del MPLAP. El MPLAP es un programa proporcionado por MICROCHIP con el que a través del dispositivo MPLAP ICD 2 se puede atacar el controlador. El compilador de C que se utilizara será el CCS compiler. El empleo del lenguaje C nos permite una forma más rápida y entendible de programar, más accesible para todo el mundo. El programa desarrollado se compone de una serie de subprogramas y un programa principal, además de la utilización de una serie de librerías Configuración básica FIRMWARE DEL PIC18F4550 PARA LA PLACA PROTOTIPO DEL PFC #include <18F4550.h> #DEVICE HIGH_INTS=TRUE #fuses HSPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL5,CPUDIV1,VREGEN #use delay(clock= ) #use rs232(baud=9600, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7) Este primer grupo de instrucciones del firmware son utilizadas para determinar la configuración básica del funcionamiento del controlador. La librería 18F4550.h pertenece al compilador CCS. El objetivo de esta librería es la de crear una serie de palabras clave que sustituyan determinados valores o conjuntos de valores para que la programación del controlador en C sea más intuitiva. Además con este tipo de librerías se consigue más Alejandro Quintero García Página 63 de 214