ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO.
INGENIERÍA MECATRÓNICA. INSTRUMENTACION MECATRONCIA. TEMA: DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN TACOMENTRO DIGITAL
INTEGRANTES: -
Gabriela Nuñez
-
Sandra Molina
NIVEL: Septimo “B”
FECHA:26-06-2013
PROF: Ing. Marco Singaña
1. TEMA: Diseño y construcción de un tacómetro digital 2. INTRODUCCIÓN: La electrónica ha evolucionado mucho. Casi todo lo que hasta hace unos años se realizaba mediante un grupo (a veces muy numeroso) de circuitos integrados conectados entre sí, hoy se puede realizar utilizando un microcontrolador y unos pocos componentes adicionales. Los microcontroladores más utilizados hoy en día, son los del fabricante MICROCHIP, por la amplia variedad de microcontroladores que nos ofrece, y la información de cada uno de los microcontroladores que nos proporciona sin ningún costo alguno. 1
3. RESUMEN: Este proyecto permite generar pulsos por el giro de un motor que se une a un cono de caucho, el cual transmite movimiento a un disco de plástico negro, en el que posee una ranura de 1 a 2 mm, que al pasar por el medio del optoacoplador, polariza 2 transistores y este hace cambiar el estado de 0 a 1, esta señal podemos conectarlo al PIC y visualizarlo en un LCD, el mismo principio utilizan los marcadores de kilometraje de los autos y los tacómetros de los mismos. 2
4. OBJETIVOS: Objetivo General
Construir un tacómetro digital.
Objetivos Específicos
Diseñar en un Software el funcionamiento y conexión de un tacómetro digital.
Implementar los conocimientos adquiridos durante el semestre por medio del diseño y construcción de un tacómetro digital.
Visualizar el cambio de velocidad a través de una LCD.
5. MATERIALES Y EQUIPO: 1
http://proyectoaula-pic16f628a.blogspot.com/
2
Reyes, C. (2008). Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador.
PIC16F628A DISPLAY LCD 2x16 1 resistencia de 10Ω 1 resistencia de 330 Ω 1 resistencia de 1KΩ 1 resistencia de 4,7 KΩ 1 potenciómetros de 10 K 1 eje de giro independiente con un disco de plástico negro 1 optoacoplador ECG3100 con salida de transistor NPN
6. MARCO TEÓRICO:
TACÓMETRO DIGITAL
Figura 1.- Implementación del motor al optoacoplador
Figura 2.- Tacómetro Digital MICROCONTROLADOR
Un microcontrolador es como un ordenador en pequeño: dispone de una memoria donde se guardan los programas, una memoria para almacenar datos, dispone de puertos de entrada y salida, etc. A menudo se incluyen puertos seriales (RS-232), conversores analógico/digital, generadores de pulsos PWM para el control de motores, bus I2C, y muchas cosas más. Por supuesto, no tienen ni teclado ni monitor, aunque podemos ver el estado de teclas individuales o utilizar pantallas LCD o LED para mostrar información.
PIC16F628A El pic16f628a es un microcontrolador de 8 bit, posee una arquitectura RISC avanzada así como un juego reducido de 35 instrucciones. Este microcontrolador es el remplazo del pic16f84a, los pines del pic16f628a son compatibles con el pic16f84a.3 En la siguiente figura se muestra el diagrama de pines.
Figura 3.- Distribución de pines PIC16F628A
Diagramas de pines del PIC16F628A
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https://sites.google.com/site/proyectospic2010/PIC18F452/introduccion-pic16f628a-1
Características del PIC16F628A:
Conjunto reducido de instrucciones (RISC). Solamente 35 instrucciones que aprender a utilizar
Oscilador interno de 4MHz
Opera con una frecuencia de reloj externa de hasta 20 MHz (ciclo de máquina de 200 ns)
Memoria de programa: 2048 locaciones de 14 bits
Memoria de datos: Memoria RAM de 224 bytes (8 bits por registro)
Memoria EEPROM: 128 bytes (8 bits por registro)
Stack de 8 niveles
16 Terminales de I/O que soportan corrientes de hasta 25 mA
3 Temporizadores
Módulo de comunicación serie (Usart)
Módulo CCP (captura/comparación/PWM)
2 Comparadores analógicos, una referencia de voltaje programable
OPTOACOPLADORES
Son conocidos como optoaisladores o dispositivos de acoplamiento óptico , basan su funcionamiento en el empleo de un haz de radiación luminosa para pasar señales de un circuito a otro sin conexión eléctrica. Estos son muy útiles cuando se utilizan por ejemplo, Microcontroladores PICs y/o PICAXE si queremos proteger nuestro microcontrolador este dispositivo es una buena opción. En general pueden sustituir los relés ya que tienen una velocidad de conmutación mayor, así como, la ausencia de rebotes.
Figura 4.- Circuito con optoacoplador La gran ventaja de un optoacoplador reside en el aislamiento eléctrico que puede establecerse entre los circuitos de entrada y salida. Fundamentalmente este dispositivo está formado por una fuente emisora de luz, y un fotosensor de silicio, que se adapta a la sensibilidad espectral del emisor luminoso, todos estos elementos se encuentran dentro de un encapsulado que por lo general es del tipo DIP.
Figura 5.- Optoacopladores Tipos Existen varios tipos de optoacopladores cuya diferencia entre sí depende de los dispositivos de salida que se inserten en el componente. Según esto tenemos los siguientes tipos: Fototransistor: se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un transistor BJT. Los más comunes son el 4N25 y 4N35
Figura 6.- Optotransistor (simbolo)
Figura 7.- Optotransistor en configuración Darlington
Figura 8.-Optotransistor de encapsulado ranurado
Figura 9.- Optotransistor de encapsulado ranurado(fotografia) Fototriac : se compone de un optoacoplador con una etapa de salida formada por un tri ac Fototriac de paso por cero: Optoacoplador en cuya etapa de salida se encuentra un triac de cruce por cero. El circuito interno de cruce por cero conmuta al triac sólo en los cruce por cero de la corriente alterna. Por ejemplo el MOC3041
Figura 10.- MOC 3041 Optotiristor : Diseñado para aplicaciones donde sea preciso un aislamiento entre una señal lógica y la red.
Figura 11.- Optotiristor OPTOACOPLADOR ECG 3100 C.I optoacoplador 4 pines tipo opto-transistor, empleado para control de velocidad de motores con encoders, etc.
Figura 12.- Características ECG 3100 LCD 16x2
Las pantallas de cristal líquido (LCD) se han popularizado mucho en los últimos años, debido a su gran versatilidad para presentar mensajes de texto (fijos y en movimiento), valores numéricos y símbolos especiales, su precio reducido, su bajo consumo de potencia, el requerimiento de solo 6 pines del PIC para su conexión y su facilidad de programación en
lenguajes de alto nivel (por ejemplo, lenguaje C). Desde todo punto de vista el empleo del display LCD 16x2 (LCD 2x16) debería considerarse como la primera opción a la hora de decidir por un dispositivo de presentación alfanumérica, excepto cuando las condiciones de iluminación ambiental no sean las más favorables. En este último caso se debería pensar en el empleo de displays de 7 segmentos, que aunque no tienen la misma versatilidad tienen la ventaja innegable de sus mejores características de visibilidad aún en los ambientes más desfavorables. En la actualidad existen diversos modelos de display LCD, aunque los más comunes son los LCD 16x2 (16 caracteres x 2 filas) o LCD 2x16, gobernados por el controlador Hitachi HD44780, que se ha convertido en el estándar de facto para las aplicaciones con microcontroladores PIC. Específicamente se hará referencia al display LM016L, que tiene las características mencionadas, aunque cualquier otro display LCD con el controlador HD44780 o compatible se puede utilizar. Existen LCD 16x2 con diferentes combinaciones de colores de fondo y texto.
Pinout (patillaje) del LCD 16x2 (LCD 2X16) con HD44780 El LCD 16x2 (LCD 2x16) tiene en total 16 pines (tome en cuenta que la posición correcta del display es con los pines en la parte superior, aunque existen modelos en los que la posición correcta es con los pines en la parte inferior) . La datasheet (pdf) muestra 14 pines, los dos pines adicionales son el ánodo (15) y el cátodo (16) del LED de fondo. Debe notarse que el controlador Hitachi HD44780 se encuentra incorporado al circuito impreso del módulo LCD y que sirve de interfaz entre la propia pantalla LCD (donde se muestran los caracteres) y el microcontrolador PIC. Por lo tanto, de todos los pines del HD44780 únicamente se tiene acceso a aquellos necesarios para la conexión al PIC y para el control de contraste.
La polarización del LED de fondo se logra conectando una resistencia externa de 50 ohm1/4 W con lo que se asegura el correcto encendido sin una corriente excesiva. El control de contraste se consigue con un potenciómetro de 10 k con el cual se ajusta el nivel de voltaje en el pin 3 (Vee ó VLC).
Conexión del LCD 16x2 al PIC La conexión más recomendable del display LCD 16x2 (2x16) requiere 4 pines para los datos (D7:D4), 1 pin para habilitar/deshabilitar el display (E) y 1 pin para los modos comando/carácter (RS). En la figura 3.1.1 se indica la forma de conectar el display al PIC16F88
y
al
PIC16F628A.
Fig.13 Conexión del LCD al PIC16F88 (16F628A) con 4 bits
Librería LCD de mikroC PRO mikroC PRO proporciona una librería para comunicación con el display (con el controlador HD44780 o compatibles) a través de un interfaz de 4 bits para datos. Para el trabajo con el módulo LCD se debe añadir la librería Lcd, que contiene las funciones listadas en la tabla 3.1. Para poder utilizar estas funciones se debe declarar previamente un total de 12 variables: 6 que definen los pines del PIC y otras 6 que permiten programar su sentido de circulación de datos.
Funciones de la librería Lcd de mikroC PRO
SOFTWARE PARA LA SIMULACION
MICROCODE STUDIO Microcode Studio es una interface utilizada para la programación de microcontroladores utilizando el lenguaje Basic. Cuenta con un entorno de gran alcance visual de desarrollo integrado (IDE) logrando contener un circuito de depuración (ICD), capacidad diseñada específicamente para Micro Engineering Labs ™ PICBASIC y PICBASIC PRO ™ compilador. En este programa se puede escribir el código del programa, vamos a encontrar una corrección de errores de sintaxis, otro de los beneficios es que ordena las subrutinas. En el Microcode al finalizar el programa, compilas y vas a tener generado el archivo .Hex, los programas deben ser guardados en formato Picbasis .Bas Microcode Studio incluye ahora EasyHID Wizard, una herramienta de generación de código libre que permite a los usuarios implementar rápidamente una comunicación bidireccional entre un PIC ™ integrado un microcontrolador y un PC.
Los errores de compilación y el ensamblador pueden ser fácilmente identificados y corregidos mediante la ventana de error de los resultados. Simplemente haga clic en un error de compilación y Microcode Studio automáticamente te llevará a la línea de error. Microcode Studio incluso viene con una serie de ventana de comunicaciones, lo que le permite ver la salida de depuración y de serie de su microcontrolador.4
PROTEUS ISIS Diseño de circuitos y simulación Proteus Layout Editor Este manual está diseñado para introducir al neófito en el diseño de circuitos en las opciones de aplicabilidad que posee el programa. El programa Proteus está conformado por dos aplicaciones llamadas Ares e Isis. Isis está diseñado para realizar esquemas de circuitos con casi todos los componentes
4
http://www.bitsingenio.com/microcode-studio-plus-programa-tus-pic-con-basic/
electrónicos que se encuentran actualmente disponibles en el mercado de los circuitos integrados y los componentes pasivos y activos utilizados en las aplicaciones electrónicas, Además posee una aplicación de simulación que permite comprobar la efectividad de un circuito determinado ante una alimentación de voltaje, este voltaje en la aplicación es virtual; también permite cargar a los microcontroladores presentes en sus librerías con los programas previamente desarrollados en los programas ensambladores y en los compiladores de Basic según sea el tipo de lenguaje elegido por el programador. Puede simularse desde el encendido de un led hasta una serie una gran board con un sin número integrad os digitales o micros. Ares es una aplicación que se usa para situar los componentes utilizados en el esquema realizado en Isis sobre una board virtual que luego puede ser impresa en una impresora láser sobre papel propalcote ó papel de fax, estos últimos pueden luego ser impresos sobre la capa de cobre para luego obtener las pistas de conducción mediante una reacción que extrae el cobre sobrante de la board de bakelita. Los componentes pueden encontrarse en la librería de la aplicación con os nominales de la clase de encapsulado en el caso de los integrados y con respecto a la denominación técnica referente a la forma física de los componentes.Esta aplicación cuenta con una serie de procesos automatizados que generan Acciones de auto ruteo y auto posicionamiento cuando el proyecto se carga desde Isis, de lo contrario el posicionamiento y el ruteo debe hacerse manualmente5
7. PROCEDIMIENTO: a) Diseñar el circuito para la implementación del tacómetro digital en el software Proteus.
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http://el013autavic.files.wordpress.com/2008/10/manual-proteus.pdf
Fig.14 Diseño del circuito en ISIS b) Realizar la programación para el PIC16F628A.
DEFINE LCD_DREG PORTB ; define pines del LCD B4 a B7 DEFINE LCD_DBIT 4 ; empezando desde el Puerto B4 hasta el B7 DEFINE LCD_RSREG PORTB ;define el puerto B para conectar el bit RS DEFINE LCD_RSBIT 3 ;este es el puerto B3 DEFINE LCD_EREG PORTB ;define el puerto B para conectar el bit Enable DEFINE LCD_EBIT 2 ;este es el puerto B2 CMCON = 7 ;convierte en digitales el puerto A revo VAR WORD ;variable revo con capacidad de 0 a 65535 prog: COUNT portb.0,2000,revo ;contar pulsos en el puerto B.0 revo = revo * 30 ;multiplicar por 60 para tener 1 minuto rpm serout portB.1,N2400,[REVO] LCDOUT $fe, 1,"Motor girando a:" ;limpiar LCD y escribir LCDOUT $fe,$c3, DEC revo ;sacar el valor de la variable revo LCDOUT $fe,$c9," RPM" ;ir a 2da línea casilla 9 y escribir RPM GOTO prog END c) Implementar el circuito previamente diseñado en el protoboard y comprobar su correcto funcionamiento.
Fig.15 circuito Armado en Protoboard d) Realizar pruebas con el sensor para verificar el funcionamiento del mismo.
Fig.16 Circuito funcionando
8. ANÁLISIS DE RESULTADOS:
Se obtuvo el Objetivo planteado, el diseño fue simulado y a continuación se armó en el protoboard.
Finalmente su funcionamiento es mostrado en la figura 17.
Fig.17 Circuito Funcionando
El dato de las revoluciones por minuto se visualiza en la LCD atreves del programa realizado en Microcode, este puede variar según los cálculos que se hayan hecho.
Mientras más ranuras tengan nuestra rueda tendremos una mejor visualización y será constante su valor
9. CONCLUSIONES:
Después de una investigación sobre el tacómetro digital logramos tener una idea clara para su diseño y conocer los elementos necesarios para la construcción del mismo.
Se simulo el circuito previo a su construcción para tener una idea clara de la conexión y facilitara la misma
La codificación del PIC se hiso en Software de Microcode.
Se logró con éxito la visualización de las evoluciones por minuto que da un motor en una pantalla de LCD
Después de haber concluido con este proyecto es necesario reconocer y recalcar que para la realización del mismo fue necesario tener claro los conocimientos adquiridos a lo largo de este semestre en la materia de Instrumentación Mecatrónica
10. RECOMENDACIONES:
Para facilitar la conexión del circuito y tener una previa visualización de su funcionamiento es mejor hacerlo en un Software en este caso ISIS.
Es indispensable tener a la mano el datasheet de cada elemento electrónico para reconocer cada uno de los pines y hacer una buena conexión sin errores.
Es necesario considerar el voltaje requerido en la LCD para que tenga una buena resolución para su mejor su visualización.
11. BIBLIOGRAFÍA Omega Pasaje Electrónico. (2010). Recuperado el 23 de Junio de 2013, de OPTOACOPLADOR ECG 3100: http://www.electronicaomega.com/index.php?page=shop.product_details&flypag e=flypage.tpl&product_id=1683&category_id=151&option=com_virtuemart&Itemi d=53&vmcchk=1&Itemid=53
Proyectos electronics. (2011). Recuperado el 22 de Junio de 2013, de Optoacoplador: http://proyectoselectronics.blogspot.com/2008/09/optoacoplador-que-es-ycomo-funcionan.html Reyes, C. (2008). Microcontoladores PIC , Programación en Basic. En C. Reyes,
Microcontoladores PIC , Programación en Basic (págs. 96-98). Quito-Ecuador. Reyes, C. (2008). Microcontroladores PIC. Quito-Ecuador.
Wikipedia. (s.f.). Recuperado el 23 de Junio de 2013, de Display: http://es.wikipedia.org/wiki/Displays%C3%ADa
