DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA.. Funcionamiento del Sistema. El sistema implementado para realizar las acciones de control involuca piezas mecánicas, circuitos, microcontroladores, diversos medios de comunicación y equipos de compúto. Una descripción general del funcionamiento del sistema se presenta a continuación: Un motor mueve una serie de engranes que a su vez mueven una pieza dentada conectada directamente a un carro que está montado sobre un par de rieles. El movimiento del carro desplaza el sintonizador de un potenciómetro conectado en la parte inferior del éste. La señal generada por el potenciómetro es proporcional a la posición del carro (variable controlada). Esta señal se acondiciona y se filtra para disminuir el riudo y pueda se utilizada en el microcontrolador (M). Posteriormente, en el microcontrolador (M), la señal se convierte en forma digital, para que se procesen las posición obtenida.
M envía por medio de comunicación en paralelo los datos que representan la posicón del carro al microcontrolador (M). M se encarga de la implementación de las acciones de control y genera las señales de PWM que regulan al puente H. El sentido y la velocidad del motor dependen de la señal proveniente del puente H, es decir, del ciclo del trabajo de las señales de PWM generadas en M. Los interruptores, ubicados en los extremos del recorrido del carro, se conectan a los microcontrolador para indicar que el carro no puede desplazarce más y se deben detener las señales de PWM. Los microcontroladores generan los voltajes de referencia para el convertidor A/D, con el fin de que el rango de desplazamiento tenga los 0bits del convertidor A/D. Por otra parte, M se comunica serialmente con la computadora (servidor) quien envía todas las intrucciones de control al sistema, es decir, se selecciona la acción de control, el inicio de la acción de control, detener la acción de control, la posición deseada, el cambio de la velocidad de la comunicación serial entre otras instrucciones. Asimismo, por este medio, M envía los datos que representan la posición del carro al servidor. Estos datos se envían de forma continua hasta que se reciba la instrucción para detener la transmisión de datos. Por último el usuario envía los parámetros y ordenes de control a través de una página de Internet (cliente).
. Diagrama a Bloques. Una vez descrito el funcionamiento del sistema se realiza un diagrama a bloques para epresentarlo. A continuación se describe el diagrama para comprender el desempeño y la función de cada bloque. %!"#!$# Figura. Diagrama a Bloques del Sistema... Planta. Como se mencionó en el capítulo anterior la planta es el conjunto de partes que funcionan juntas para ejecutar una operación en particular. La planta se diseño a partir de la idea de un sistema sencillo para que el usuario lo comprenda fácilmente. En este caso la idea surgió de un lector de discos compactos.
En este dispositivo, el lector se desplaza sobre el disco compacto que se encuentra girando a una velocidad determinada. El lector se mueve por medio de engranes conectados a un motor. La base (Figura.), la pieza para acoplar al motor (Figura.3) y el carro (Figura.6) fueron diseñados en Autocad para ser maquinados. Todas las piezas se montan en una base diseñada a partir del lector de discos compactos de donde se obtuvieron los engranes. La base fue maquinada en un centro de control numérico usando Nylamid (ver apéndice A-). La base de la planta se sujeta con tres birlos de 3/8 de pulgada a una base de madera. La siguiente figura muestra la base diseñada a partir de las dimensiones reales. Figura. Base. El motor utilizado fue adquirido en un deshuesadero por lo que las hojas técnicas de dicho motor no se poseen. Es un motor de V de CD que absorbe
una corriente de 3.3A. El motor cuenta con la potencia suficiente para mover el carro. Para acoplar el motor con la base fue necesario quitarle la tapa. Posteriormente se diseña una pieza con las características de la tapa y la forma de la caja donde se acopla con la base. Figura.3 Pieza para Acoplar el Motor. En la parte interior de la pieza de acoplamiento se colocan dos baleros de rodamiento 6000 64 RSR, (ver apéndice C-). La función de estos es situar la flecha al centro y evitar la fricción de la flecha con la pieza. El plano de la pieza de acoplamiento se puede consultar en el apéndice A-. Una vez montado el motor sobre la base es necesario conocer como se transmite la carga del motor. Las dimensiones de los engranes empleados se pueden consultar en el apéndice A-3. El Engrane se encuentra sobre la flecha del motor y transmite la carga al engrane. Cuenta con 9 dientes y un diámetro de 8mm este engrane es el más pequeño de los cuatros que se utilizaron. El engrane es intermedio entre el engrane y el 3, cuenta con 54 dientes y un diámetro de mm. El engrane 3 tiene las mismas características que el
anterior pero está dentado en la parte inferior, es decir, cuenta con 54 dientes y un diámetro de.mm en la parte superior y 4 dientes y un diámetro de 0.mm en la parte inferior. Por último el engrane 4 entrega la carga a la pieza dentada conectada directamente al carro. Este engrane tiene 4 dientes y un diámetro de 7mm. Figura.4 Engranes. Los engranes transmiten la fuerza del motor a una pieza dentada conectada directamente al carro, ver apéndice A-4. Esta pieza determina la distancia total del recorrido del carro. La pieza dentada tiene las siguientes características: 3 dientes y una longitud de 39.5mm de largo y de 38.75mm del primer diente al último.
Figura.5 Pieza Dentada. La pieza dentada se une permanentemente al carro con silicón y pegamento. El carro que se desplaza también fue maquinado en un CNC (ver apéndice A-5). Figura.6 Carro Deslizable. Este carro cuenta con las siguientes características: En la parte superior tiene una caja para que la pieza anterior se acople de forma permanente. También tiene dos barrenos de 3mm de diámetro en la parte lateral en los cuales van los rieles. Sobre estos rieles se desplaza el carro, por lo que la fricción entre el carro y los rieles debe ser mínima. En la parte inferior, dentro de otro barreno se coloca el sintonizador del potenciómetro. Para asegurar el sintonizador hay un barreno en la parte lateral del carro, donde se coloca un prisionero.
El potenciómetro está constituido por dos potenciómetros de 00KΩ. Éstos se polarizan de acuerdo al siguiente diagrama: Potenciómetro R0 5v 3' ' ' Salidas 3 POT DUAL 0k 0 Figura.7 Conexión del Potenciómetro. Las mediciones de voltaje contra posición que se obtienen de cada potenciómetro se muestran en el apéndice G. Se pueden observar dos rectas (posición, voltaje) que se cruzan aproximadamente a la mitad. La medición de salida es un promedio de ambas rectas por lo que esta medición genera una línea que se encuentra a la mitad de las dos rectas anteriores. Figura.8 Carro Deslizable Unido al Potenciómetro.
Los potenciómetros empleados son comerciales por lo que en caso de descompostura se pueden conseguir fácilmente. La señal que genera el potenciómetro es proporcional a la posición del carro. Está señal será acondicionada posteriormente. En la parte inicial y final del recorrido se encuentran dos interruptores, SW y SW. Estos interruptores tienen la función de detectar cuando el carro topa con la pared de la base. El interruptor siempre se encuentra abierto y envía un cero lógico a los microcontroladores. Cuando el carro toca con la pared, el interruptor se cierra y envía una señal de lógico. Figura.9 Planta.
Figura.0 Fotografía de la Planta. Para calcular la distancia del recorrido del carro, es necesario conocer la distancia entre los interruptores, es decir, la distancia cuando los interruptores detectan el carro. La distancia entre las paredes es de 57mm. El carro tiene 0mm, por lo tanto, la distancia que puede mover el carro es de 37mm. Sin embargo, cuando el interruptor SW con un voltaje de 0.744V, detecta al carro la distancia entre el carro y la pared opuesta es de 35.8mm. Por otro lado cuando SW detecta el carro, con 4.V, hay una distancia 35.9mm. Para obtener la distancia total se resta de la distancia entre las paredes, el ancho del carro, la distancia del carro cuando lo detecta SW y cuando lo detecta SW. Dando como resultado una la distancia total de: 57 0 (57-(0+35.8)) - (57-(0+35.9)) = 34.7 mm.
.. Puente H. La señal PWM generada por los microcontroladores es TTL, está señal no se puede utilizar para controlar el motor, es necesario usar una señal de V con 3.3A. El puente H tiene la función de manejar al motor por medio de una señal TTL, es decir, la señal TTL se convierte en una señal de 0V a V. El puente H se alimenta con una fuente de 8V y 5A capaz de soportar al motor. Asimismo, por medio de las dos señales de PWM se controla el giro del motor. El ciclo de trabajo de la señal de PWM determina la velocidad del motor, si el ciclo de trabajo es pequeño, la velocidad del motor es lenta y si el ciclo de trabajo es grande, el motor se mueve rápido. La señal de PWM se genera en M y la frecuencia se determina en el programa implementado en el M. La frecuencia de la señal generada en M es de 94 7.647Hz. Luego se divide entre 55, dando como resultado una frecuencia de.5340khz para las señales de PWM. &'( VCC Q3 Darlington Q Darlington - )*+- )*+,, Q3 Darlington Q4 Darlington 0 Figura. Puente H Polarizando Q y Q4. VJ3_ - VJ3_ = VCC.
PWM se define como la señal de PWM que se envía por el canal y la señal PWM que se envía por el canal se define como PWM. En la figura anterior cuando existe un voltaje positivo en la señal de PWM, el VCE del transistor Q y Q4 es igual a 0V, mientras que el voltaje VCE de los transistores Q y Q3, que están controlados al canal del PWM, es diferente de cero, por lo que el voltaje entre VJ3_ y VJ3_ es positivo igual a VCC. Cabe mencionar que las señales de PWM controlan a los transistores. La fuente que alimenta al motor es VCC (8V). El motor se encuentra conectado en las terminales VJ3_ y VJ3_. Cuando se polarizan los transistores Q y Q3 pero no los transistores Q y Q4 la diferencia entre VJ3_ y VJ3_ es negativa por lo que el motor gira en sentido contrario. &'( VCC Q Darlington Q Darlington - )*+- )*+,, Q3 Darlington Q4 Darlington 0 Figura. Puente H Polarizando Q y Q3. VJ3_ - VJ3_ = -VCC.
En el caso en que ningún transistor se polarice la diferencia de voltajes es de cero por lo cual el motor no gira, es decir las señales de PWM son iguales a cero y se detiene el motor. &'( VCC Q Darlington Q Darlington - )*+- )*+,, Q3 Darlington Q4 Darlington 0 Figura.3 Ningún Transistor Está Polarizado y la Diferencia VJ3_ - VJ3_ = 0. Al polarizar los cuatro transistores, el voltaje VCE es igual a 0V, por lo que la fuente VCC estaría en corto con la tierra. Para evitar este caso el programa de M siempre que se envía una señal de PWM por cualquier canal, la señal del otro PWM se hace igual a cero. Si se envía una de PWM, el programa se asegura de hacer igual a cero la señal del PWM y posteriormente se envía el PWM. Los transistores del puente H son del tipo Darlington capaces de soportar la corriente que demanda el motor. En la parte superior son transistores TIP47 PNP ver apéndice C- y los de la parte inferior son TIP4 NPN ver apéndice C-3.
El control de los transistores Darlington se realiza por medio de transistores de pequeña señal empleando configuraciones de polarización por colector común y emisor común. Se utilizan los transistores N (ver apéndice C-4) y N907 (ver apéndice C-5). Los transistores Darlington PNP se polarizan como se muestra en el siguiente diagrama: 8 V PWM Canal R5 0k R6a k R6 k R 0k Q TIP47 Q5 M QN Q TIP47 R 0k Q6 QN R8a k R8 k PWM Canal R7 0k 0 TIP4 MOTOR DC Q4 TIP4 0 Q3 Figura.4 Circuito para Polarizar el Transistor TIP47 PNP. Las señales de PWM enviadas por M son de tipo TTL, varían en rangos de 0V a 5V. Cuando hay 5V en la base del transistor N, el voltaje en el colector es de 8.946V. Este voltaje entra a la base del transistor TIP47 PNP y se satura el transistor, el voltaje VCE es de - 3.8V. Cuando el voltaje en la base del transistor N es de 0V, el Voltaje de colector es 8V, por lo que el VBE del transistor Darlington es 0V, es decir, no está polarizado. El voltaje del colector es igual al voltaje del colector del transistor de la parte inferior del puente.
El circuito para controlar a los transistores DARLINGTON NPN del puente H se muestra en el siguiente diagrama: 8 V Q Q TIP47 M TIP47 PWM Canal R9 0k R0 k R3 R4 k 0k Q7 QN R3 TIP4 Q9 0k QN907A Q3 MOTOR DC Q4 TIP4 R4 Q0 0k QN907A R6 k R5 5V 0k Q8 QN R k R 0k PWM Canal 0 Figura.5 Circuito para Polarizar el Transistor Darlington NPN. El circuito para controlar los transistores NPN consta de dos transistores, un transistor NPN N y otro PNP N907. Con 5V en la base del N, el voltaje de la base del transistor Darlington es de 5V, y con 0V en la base del N hay 0v en la base del transistor Darlington. Ahora bien cuando hay 0V en la base del TIP4, el voltaje del colector es el voltaje del colector del transistor TIP47 conectado en la parte superior. Por lo contrario con 0V en la base, el voltaje de colector del transistor Darlington es de 0V. Los transistores permiten un buen desempeño en bajas frecuencias. Para comprobar su funcionamiento se realizaron pruebas enviando diferentes señales de PWM por ambos canales.
La grafica que se obtiene al enviar un PWM de frecuencia de.khz. y un ciclo de trabajo del 94.6%. Figura.6 Voltaje en las Terminales del Puente H Aplicando un PWM en el Canal. En la imagen anterior se muestra el voltaje de las terminales del puente H con una carga resistiva de prueba de KΩ. En la parte superior se muestra el voltaje de la terminal VJ3_, el voltaje cambia de 8V a 4V porque se polariza el transistor Q. En la parte inferior está el voltaje en VJ3_ cuando se polariza el transistor Q4 y el voltaje cambia de 0V a 4V aproximadamente. La diferencia entre estos voltaje da como resultado una señal cuadrada con una amplitud de 8V como se puede mostrar en la siguiente gráfica.
Figura.7 Diferencia en las terminales del Puente H aplicando un PWM en el canal. Ahora bien, enviando un PWM por el canal con la misma frecuencia, un ciclo de trabajo de 94.6% y la misma carga resitiva de prueba se obtiene la siguiente gráfica: Figura.8 Voltaje en las terminales del Puente H aplicando un PWM en el canal. Se puede observar que el voltaje se ha invertido en VJ3_ y en VJ3_. En este caso se han polarizado Q y Q3. El voltaje entre las terminales cambia de signo.
Restando VJ3_ de VJ3_ se obtiene una señal cuadrada con el mismo ciclo de trabajo y una amplitud de 8V. Figura.9 Diferencia en las terminales del Puente H aplicando un PWM en el canal. Al conectar el motor, la señal se deforma ya que la impedancia del motor no es puramente resistiva y se obtiene la siguiente gráfica: Figura.0 Voltajes de Salida con el Motor como Carga Aplicando un PWM en el Canal. Al obtener la diferencia en las terminales no se obtiene una señal perfectamente cuadrada.
Los voltajes en las teminales cambian pero la frecuencia y el ciclo de trabajo se mantienen. Figura. Diferencia de los Voltajes de Salida con un PWM de 94.6% con el Motor. Aplicando una señal de PWM en el canal y restando los voltajes de las terminales VJ3 se obtiene el inverso de la gráfica anterior. Figura. Diferencia de los Voltajes de Salida con un PWM de 94.6% con el Motor. Con estas gráficas se comprueba el buen funcionamiento del Puente H cuando se aplica una señal por el canal y cuando se aplica por el canal.
El voltaje cuando se aplica PWM es positivo, mientras que el voltaje es negativo cuando se aplica PWM. El diagrama completo del Puente H se muestra a continuación: 8 V R5 0k R6a k R6 k R 0k Q TIP47 Q5 QN M Q TIP47 R 0k Q6 QN R8a k R8 k R7 0k PWM Canal R9 0k R0 k R3 R4 k 0k Q7 QN R3 TIP4 0k Q9 Q3 QN907A MOTOR DC Q4 TIP4 R4 0k Q0 QN907A R6 k R5 0k Q8 QN 5V R k R 0k PWM Canal 0 Figura.3 Diagrama Completo del Circuito del Puente H...3 Acondicionamiento de la Señal. En el apartado.. la señal que genera el potenciómetro representa la posición del carro. Esta señal tiene que convertirse en digital para ser procesada. Por lo que es necesario una etapa de acondicionamiento de esta señal. El voltaje generado de los dos potenciómetros se obtienen por medio de dos amplificadores en configuración de seguidor. Posteriormente las señales se unen para obtener una señal con un rango de 0V a 5V. Para realizar esta operación se usa un amplificador sumador inversor.
El siguiente paso es invertir la señal para que quede en un rango de 0 a 5V, se invierte la señal empleando un amplificador inversor. Los amplificadores operacionales para realizar el acondicionamiento son LM74 (ver apéndice C-6). % Ra3 k Ra4 k Ra7 k Potenciómetro R0 3' ' 5v ' 3 v 3 - + 7 4 V+ V- OS OUT OS Ua ua74 6 5 Ra k 3 - + 7 4 V+ V- OS OUT OS Ua3 ua74 6 5 Ra5 0k Ra6 k 3 - + 7 4 V+ V- OS OUT OS Ua4 ua74 6 5 Salida POT DUAL 0k 0 -v 3 - + 7 4 V+ V- OS OUT OS Ua ua74 6 5 Ra k 0 Figura.4 Circuito para el Acondicionamiento de la Señal del Potenciómetro...4 Filtro Pasabajas. La señal anterior se encuentra entre un rango de 0V a 5V pero contiene ruido, para eliminar el ruido es necesario un filtro. Este filtro se diseña en Winfilters ver apéndice D-. Con el filtro se pretende eliminar el ruido generado en altas frecuencias. El filtro tiene una frecuencia de corte de 0KHz tipo Butterworth de cuarto orden. El cálculo de los componentes resistivos se hizo a partir de los capacitores y una ganancia igual a la unidad. Para la realización del Hardware se empleo la configuración Sallen Key ya que únicamente es necesario un amplificador
operacional para cada etapa. A partir del valor de dos capacitores (C y C4) y un resistor (R5) se calculan los otros componentes. Las resistencias reales deben tener el mismo valor que las del filtro diseñado para obtener la ganancia igual a la unidad. Este valor se obtiene limando las resistencias. En la siguiente tabla se muestra la comparación entre los valores deseados y los valores utilizados en la implementación del filtro. Sallen - Key ETAPA Componente Valor Teórico Valor real C 0.980n C4.005n Ho R5 9.883k R3 7.59k 7.588k R6.97k.98k R 8.708k 8.68k R 3.856k 3.68k Tabla. Valores de los Resistores y Capacitores Teóricos y Prácticos en la Etapa. Sallen - Key ETAPA Componente Valor Teórico Valor real C 0.988n C4 0.9790n Ho R5 9.908k R3 9.585k 9.706k R6.06k.068k R 8.86k 8.308k R 55.64k 55.6k Tabla. Valores de los Resistores y Capacitores Teóricos y Prácticos en la Etapa. Con estos valores se implementa el circuito, los amplificadores operacionales utilizados son JFET de bajo ruido TL07, ver apéndice C-7
. Cm Cm3 Entarda Rm 8.68k.980n Rm 7.588k Rm3 3.68k 3 + Cm.005n - -v v 7 V+ V- 4 OS OUT OS 5 6 Um TL07 Rm6 8.308k Rm7 9.706k Rm8.988n 55.6k 3 Cm4.979n + - 7 V+ V- 4 OS OUT OS 5 6 Um TL07 Salida Rm4 9.883k.98k Rm5 Rm9.068k 9.908k Rm0 0 Figura.5 Filtro Pasabajas Diseñado. Una vez implementado el circuito, se realizan las pruebas correspondientes para obtener las características del filtro. En la siguiente figura se observa la ganancia del filtro con una señal de.89khz. Se puede observar que dicha ganancia es de la unidad y las señales son prácticamente idénticas. Figura.6 Ganancia del Filtro con una Señal de.89khz. Una vez observada la ganancia unitaria se obtiene la gráfica de la frecuencia de corte. El filtro diseñado tiene una frecuencia de corte de 0KHz y una
atenuación de 3dB, es decir, que al aplicar una entrada de Vpp el voltaje de salida debe tener un voltaje Vout = Vin / 0 3/0 =.4589 Vpp. Figura.7 Frecuencia de Corte del Filtro con una Señal de 9.46KHz. El voltaje pico a pico del canal es.406v con una entrada de Vpp con una frecuencia de 9.46KHz. Posteriormente se realiza un barrido de frecuencia para observar la envolvente del filtro pasabajas. Figura.8 Gráfica de la Envolvente del Filtro. En la figura anterior se muestra la frecuencia de corte y el valor del voltaje en dicha frecuencia por medio de porcentajes. Debido a la escala utilizada la
frecuencia de corte es de 98.75/0 = 9.75 que corresponde aproximadamente al valor de 0KHz. El valor del voltaje es de 69.7/00 = 0.697V, siendo este valor aproximadamente igual a 0.70794V que equivale la mitad del voltaje pico a pico de la gráfica de la figura.7. Al observar que la frecuencia de corte y la ganancia son las esperadas se puede decir que el filtro funciona adecuadamente...5 Voltajes de Referencia. La señal que representa la posición ya está acondicionada y filtrada, es decir, lista para realizar la conversión A/D en el M. Sin embargo, con el fin de obtener un rango de valores de 0 a 03 para la posición inicial y final del recorrido del carro (detección del SW y del SW) se generan voltajes de referencia para la conversión A/D. Con esto se logra que el valor cuando SW detecta al carro sea igual a cero y cuando SW detecte el carro sea de 03. v Rb3 M Micro 0 9 8 7 6 5 Ub DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB DB DB0 DAC0800 VREF- VREF+ OUT+ OUT- 6 VCC VSS GND Rb 5 4.7k 4 4 6 3 3 0 Rb 4.7k Cb 0n 5v 3 - + 4.7k Rc3 7 4 V+ V- OS OUT OS Ub ua74 6 5 Voltaje de Referencia Negativo M Micro 0 9 8 7 6 5 Uc DB7 DB6 DB5 DB4 DB3 DB DB DB0 DAC0800 VREF- VREF+ OUT+ OUT- 6 VCC VSS GND Rc 5 4.7k 4 4 6 3 3 Rc 4.7k Cc 0n 3 - + 4.7k 7 4 V+ V- OS OUT OS Uc ua74 -v 6 5 Voltaje de Referencia Positivo
Figura.9 Convertido D/A para los Voltajes de Referencia. Los voltajes de referencia se generan a partir de una conversión digitalanalógica. El valor del voltaje de referencia negativo lo genera M con un valor de 38. Este valor de M entra a un convertidor D/A DAC0800 (ver apéndice C-8) para convertirlo en un voltaje de 0.745V. El voltaje de referencia positivo se genera con M con un valor de 6 que equivale a un voltaje de 4.3V. Los circuitos para ambos voltajes de referencia son idénticos, figura.9. La diferencia es la palabra que envía cada microcontrolador. Cabe mencionar que el voltaje de referencia negativo es el voltaje medido en el potenciómetro cuando el carro está situado en la posición inicial y el voltaje de referencia positivo, es el voltaje cuando el carro alcanza su posición máxima. Con estos valores se logra que el rango de desplazamiento sea de 0 a 03...6 Microcontrolador (M). El microcontrolador desempeña diversas funciones, para esto se emplea un PIC6F877 (ver apéndice C-9) con un cristal de 0MHz para obtener la máxima velocidad por instrucción. En primer lugar realiza la conversión A/D entre un rango de Vref- y Vref+ de la señal filtrada que representa la posición. El microcontrolador realiza una conversión de 0 bits con un tiempo de conversión de 9.µ seg por conversión. Este valor se envía por paralelo al microcontrolador. De hecho, por medio de esta comunicación se envían las instrucciones de inicio de control, fin de control, tipo de control posición deseada entre otras instrucciones.
Otra función que desempeña es la de generar una señal TTL con una frecuencia de 94 7.647Hz, que equivale a 55 veces la frecuencia de las señales de PWM. Esta señal TTL se envía a M por un puertos. Asimismo, tiene la función de comunicarse por medio del puerto seria con el servidor al cual se conecta al circuito. Este microcontrolador recibe las palabras que controlan a ambos microcontroladores, el inicio y fin del control, selección de tipo de control, inicio y fin del envío de datos a la computadora servidor, cambiar la velocidad de la comunicación serial, ajuste de los voltajes de referencia y otras opciones. Además envía los datos de la posición del carro al servidor y a M. Por otra parte, la señal de los interruptores se utilizan cuando se ejecuta la rutina para ajustar los voltajes de referencia que se describiren en el siguiente capítulo. Al cerrarse el interruptor SW, el voltaje medido se convierte con el convertidor A/D, con un rango de 0V a 5V. El valor convertido si es válido se envía al convertidor D/A por uno de sus puertos y se utiliza como voltaje de referencia negativo. Al llegar al límite superior, es decir, cuando el interruptor SW se cierra, se realiza otra conversión A/D. El valor convertido se envía a M por medio de la comunicación en paralelo. La documentación del programa implementado en M se describe en el capítulo 3 Programa de Adquisición de Datos.
..7 Microcontrolador (M). Este microcontrolador, al igual que M, desempeña varias funciones. La principal es la de realizar las acciones de control. En primer lugar, M recibe de M las instrucciones que indican el tipo de control, la posición deseada, inicio y fin de control, entre otras. Por unos de sus puertos recibe la señal TTL con la cual se genera las señales de PWM que se envían al puente H. Las señales de PWM tienen una frecuencia de.53.40khz. Estas señales de PWM son las que determinan el giro (canal o canal ) del motor y la velocidad con la que este se mueve (ciclo de trabajo). Los interruptores se conectan a M con el fin de detectar los límites de la posición y detener el motor haciendo cero las señales de PWM. El programa también se encarga impedir que se envíen las dos señales de PWM al mismo tiempo como se menciona en el apartado.. y evitar un corto circuito. Por otra parte, por medio de la comunicación en paralelo se recibe el valor del voltaje de referencia positivo cuando se ejecuta la rutina de ajuste de voltajes de referencia. Este valor se envía por un puerto al convertidor D/A y genera el voltaje de referencia positivo. Por último, M se encarga de realizar las acciones de control que tiene programadas. Calcula el error a partir de la posición actual del carro que envía M y la posición deseada enviada desde el servidor. Dependiendo del control seleccionado se calcula el valor del ciclo de trabajo del PWM y dependiendo del signo del resultado se decide por que canal se envía la señal de PWM.
El microcontrolador utilizado es el PIC7C44 (ver apéndice C-0) con un cristal de 7.3MHz. //'(/0%/ Interruptor SW Interruptor SW PWM PWM Respuesta de recepción de palabra de control de M a M Interrupción para enviar palabra de control de M a M Voltaje de Referencia Positivo 4 3 3 4 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 40 39 38 37 36 35 34 33 30 9 8 0 RA RA3 RA4/RX/DT RA5/TX/CK RB0/CAP RB/CAP RB/PWM RB3/PWM RB4/TCLK RB5/TCLK3 RB6 RB7 RC0/AD0 RC/AD RC/AD RC3/AD3 RC4/AD4 RC5/AD5 RC6/AD6 RC7/AD7 RD0/AD8 RD/AD9 RD/AD0 RD3/AD RD4/AD RD5/AD3 RD6/AD4 RD7/AD5 RE0/ALE RE/OE RE/WR OSC/CLKOUT M 3 MCLR/VPP 9 OSC/CLK 7 TEST RA0/INT RA/T0CLK VDD PIC7C44 6 5 Rpb 470 Rpb 4.7k Cpb p 5v Yb CRYSTAL SW PUSHBUTTON SWb Cp3b p Cpb 0.u Convertidores A/D Señal TTL PWM/55 V ref Negativo V ref Positivo Tx Serial Rx Serial Voltaje de Referencia Negativo 4 3 4 5 6 7 33 34 35 36 37 38 39 40 5 6 7 8 3 4 5 6 7 8 9 30 8 9 0 OSC/CLKOUT RA0/AN0 RA/AN RA/AN RA3/AN3/VREF RA4/TOCKI RA5/AN4/SS RBO/INT RB RB RB3 RB4 RB5 RB6 RB7 RCO/TOSO/TCKI RC/TOSI/CCP RC/CCP RC3/SCK/SCL RC4/SDI/SDA RC5/SDO RC6/TX/CK RC7/RX/DT 9 0 RD0/PSP0 RD/PSP RD/PSP RD3/PSP3 RD4/PSP4 RD5/PSP5 RD6/PSP6 RD7/PSP7 RE0/RD/AN5 RE/WR/AN6 RE/CS/AN7 M MCLR/Vpp 3 OSC/CLKIN PIC6F877 Rpa 470 Rpa 4.7k Cpa p 5v Ya CRYSTAL SW PUSHBUTTON SWa Cp3a p Cpa 0.u 0 Control de la Comunicaciòn en Papalelo Comunicaciòn en Papalelo Figura.30 Diagrama de los Microcontroladores. La decisión de usar dos microcontroladores surge cuando se utilizó un microcontrolador para realizar todas las funciones y la velocidad de la comunicación serial disminuyó notablemente al realizar las acciones de control.
Además, M realiza multiplicaciones con lo cual se ejecutan las acciones de control más rápido ya que tiene una velocidad mayor por instrucción. M se dedica a transformar, transmitir y recibir datos, mientras M se dedica a las acciones de control...8 Comunicación Serial Asíncrona. Para realizar la comunicación entre la computadora servidor y el circuito se usa transmisión y recepción asíncrona por medio de M. El microcontrolador M recibe las instrucciones y envía la posición del carro a la computadora servidor. La señal enviada y recibida por el microcontrolador es TTL por lo que es necesario convertirla al estándar RS3, para esto se usa el circuito integrado MAX3 (ver apéndice C-). El diagrama del circuito empleado para generar la comunicación serial con el estándar RS3 se presenta a continuación: Rx M Tx M 9 4 7 Us ROUT ROUT TOUT TOUT MAX3 RIN RIN TIN TIN C+ C- C+ C- V+ V- 3 8 0 3 4 5 6 Cs 0p Cs 0p 5v Cs3 0p Cs4 0p Rx COMP PIN Tx COMP PIN 3 Figura.3 Comunicación Serial Asíncrona. 0
..9 Servidor. El servidor tiene la función de enviar las instrucciones a M por medio de dos programas, el programa Stand-Alone o por medio de una página de Internet utilizando los Servlets ambos basados en Java. El primero tiene el fin de ser utilizado por el administrador. Este programa tiene acceso al circuito de forma directa e inmediata, además de contar con opciones que no posee el programa que tiene acceso vía Internet. Este programa se utilizó para realizar las pruebas y verificar el funcionamiento del circuito. Por otra parte, el servidor al estar configurado como servidor web, puede recibir y transmitir información por medio de Internet usando los Servlets. Los datos del cliente son recibidos, se procesan y se envían al circuito. Posteriormente, el servidor recibe los datos de M, procesa la información y envía una respuesta al cliente...0 Cliente. El cliente tiene acceso por medio de Internet a la página de las prácticas de control. En esta se presentan las diferentes acciones de control y obtiene la información sobre dichos controladores. El usuario envía los parámetros de control para experimentar con el sistema. De esta forma aplicar los conocimientos obtenidos en clase.
.3 Circuito Implementado. Las diferentes partes del circuito que se describieron anteriormente, sin embargo también se diseñaron dos fuentes de voltaje regulado. Una que alimenta al motor de 8V y 5A y otra de ±8V y A para alimentar a todo el circuito. El circuito diseñado se puede consultar en el apéndice B-. También si se desea se pueden consultar los diferentes diagramas. Asimismo se realizaron los circuitos impresos con el fin de evitar las capacitancias parásitas del protoboard ver apéndice B-. Sin embargo, estos son varios circuitos impresos ya que el circuito sufrió modificaciones durante la elaboración del proyecto de tesis. Figura.3 Fuentes de Voltaje Reguladas.