ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO Facultad de Informática y Electrónica Escuela de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones y Redes
CONTROL AUTOMÁTICO integrantes: INTEGRANTES:
Pamela Barrazueta
430
Alexandra Flores
538
Jaime Suárez
476
Diego Intriago R.
48
CURSO: CURSO:
Séptimo “A”
FECHA: FECHA:
Viernes, 31 de julio del 2015
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Implementación del control de la distancia a una determinada velocidad en una pista de autos 1. DATOS GENERALES: NOMBRE: (estudiante(s)
CÓDIGO(S): (de estudiante(s)
Pamela Barrazueta
430
Alexandra Flores Flores
538
Jaime Suárez
476
Diego Intriago Intriag o R.
48
2. OBJETIVO(S): 2.1.
GENERAL Analizar la estabilidad estabilidad de un sistema de control para que a una una determinada determinada velocidad se controle la distancia a la que se encuentra un auto.
2.2. ESPECÍFÍCOS
Establecer un rango rango de velocidad velocidad para que al momento de sobrepasar estos límites límites salga una señal de aviso en una pantalla LCD
Vincular la información generada con el sensor ultrasónico ultrasónico de distancia y el sistema sistema PWM, para determinar si un vehículo sobrepasa o no los límites de velocidad.
3. INTRODUCCIÒN Al conducir un vehículo motorizado, tanto el ocupante como los otros conductores e incluso los peatones que se encuentran cerca al vehículo están en riesgo de sufrir lesiones por un accidente si el vehículo circula a alta velocidad. Este factor ocasiona accidentes de tránsito, de ahí surge la idea de realizar este proyecto con el cual se pretende cuidar la vida humana, realizando una maqueta en donde se simulará el funcionamiento de un automóvil el cual se moverá con una pista controlada por un micromotor, y se controlará con un sensor ultrasónico desde una determinada distancia si se ha sobrepasado o no los límites de
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velocidad, haciendo que se muestre una señal de aviso en una pantalla LCD si se ha excedido en la velocidad y si el vehículo circula dentro de los límites establecidos no sucederá nada. El diseño e implementación de un control de velocidad a una distancia determinada resultó ser la mejor opción cuando se trata de reducir la velocidad en carreteras, obligando al conductor a mantener una velocidad totalmente maniobrable para evitar cualquier percance y sufrir las consecuencias de un accidente en la vía.
4. MARCO TEÓRICO Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí mismos, es decir sin intervención de agentes exteriores (incluido el factor humano), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su funcionamiento. Actualmente, cualquier mecanismo, sistema o planta industrial presenta una parte actuadora, que corresponde al sistema físico que realiza la acción, y otra parte de mando o control, que genera las órdenes necesarias para que esa acción se lleve o no a cabo.
Necesidad y aplicaciones de los sistemas automáticos de control En la actualidad los sistemas automáticos juegan un gran papel en muchos campos, mejorando nuestra calidad de vida:
En los procesos industriales: - Aumentando las cantidades y mejorando la calidad del producto, gracias a la producción en serie y a las cadenas de montaje. - Reduciendo los costes de producción. - Fabricando artículos que no se pueden obtener por otros medios.
Arduino Arduino es una plataforma de hardware libre, basada en una placa con un microcontrolador y un entorno de desarrollo, diseñada para facilitar el uso de la electrónica en proyectos multidisciplinares. El hardware consiste en una placa con un microcontrolador Atmel AVR y puertos de entrada/salida. Los microcontroladores más usados son el Atmega168, Atmega328, Atmega1280, ATmega8 por su sencillez y bajo coste que permiten el desarrollo de múltiples diseños. Por otro lado el software consiste en un entorno de desarrollo que implementa el lenguaje de programación Processing/Wiring y el cargador de arranque (boot loader) que corre en la placa.
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Al ser open-hardware, tanto su diseño como su distribución es libre. Es decir, puede utilizarse libremente para el desarrollo de cualquier tipo de proyecto sin haber adquirido ninguna licencia.
Figura1. Arduino
Entrada PWM La modulación por ancho de pulsos también conocida como PWM de una señal o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal periódica (una senoidal o una cuadrada, por ejemplo), ya sea para transmitir información a través de un canal de comunicaciones o para controlar la cantidad de energía que se envía a una carga. La construcción típica de un circuito PWM se lleva a cabo mediante un comparador con dos entradas y una salida. Una de las entradas se conecta a un oscilador de onda dientes de sierra, mientras que la otra queda disponible para la señal moduladora. En la salida la frecuencia es generalmente igual a la de la señal dientes de sierra y el ciclo de trabajo está en función de la portadora. La principal desventaja que presentan los circuitos PWM es la posibilidad de que haya interferencias generadas por radiofrecuencia. Éstas pueden minimizarse ubicando el controlador cerca de la carga y realizando un filtrado de la fuente de alimentación.
LCD (Led Preventivo) Una pantalla de cristal líquido o LCD es una pantalla delgada y plana formada por un número de píxeles en color o monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora. A menudo se utiliza en dispositivos electrónicos de pilas, ya que utiliza cantidades muy pequeñas de energía eléctrica.
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Figura 2. LCD
Micromotor Este micromotor ESTÁNDAR relación 50:1 de alta calidad esta diseñado para trabajar a 6Vdc, este motor puede trabajar en un rango de 3 a 9 Vdc pero se recomienda trabajarlo en voltajes no superiores a 6Vdc, este motoreductor hace parte de la familia microm.
Figura3. Micromotor
Sensor Ultrasónico de distancia Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos. El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en el siguiente esquema, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos.
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Figura4.Funcionamiento sensor ultrasónico
La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica. Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula:
= Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso.
FUNCIONES DE TRANSFERENCIA ARDUINO - PWM
Función de transferencia = 5.34 FIE
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LCD
ó = () Re= Resistencia= 1000ῼ
SENSOR ULTRASÓNICO DE DISTANCIA
ó = 0.0172
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5. DESARROLLO DIAGRAMA DE BLOQUES
R(S): Señal de frecuencia de objeto Y(S): Datos de exceso o no exceso de velocidad
SIMPLIFICACIÓN DE DIAGRAMAS DE BLOQUES
R(S)
ARDUINO (PWM)
LCD
5.34
1000
Y(S)
Medida de velocidad a cierta distancia
SENSOR ULTRASÓNICO
0.017
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( .+
Señal de distancia
)1000
0.017
5341 (5.3490) (17 )
R(S)
Y(S)
DIAGRAMA DE FLUJO R(s)
A
+1
B
G1
G2
Y(s)
-1 H1
C
∆. () = ∑∆()
LI= -G1.G2 pi= G1G2
∆() = 1 12 FIE
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2 () = 1 1.121 5.34 )1000 1 ( () = 1 ( )1000 0.017 5.34 + T(s)= +(.+)−(+)
MÉTODO DE ROUTH AND HOURTWITS
(5.3490) (17)
P(s)=
1
0
5.34+90k
-17+k
.+ .+
a1=0
b0=-1.7+k
b1=0
a0=
1 0 | | 1.7 5.3490 17 0 = 5.3490 = 5.3490 1 0 | | 0 = 0 5.3490 0 1 = 5.3490 = 5.3490 FIE
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5.3490 17 5.3490 1.7 0 0 5.3490 28.9 0 = = 1.7 = 1.7 1.7 5.3490 5.3490 0 5.3490 1.7 0 5.3490 1 = 1.7 = 0 5.3490 k>0 k-1.7>0 k<1.7
5.34 90(1.7) 3.4 153 1.94 = 0.01
u(s)=
u(s)=
S1=0.1j S2=-0.1j
DIAGRAMA DE BODE >> sh=tf([0 1 5341 0],[1 95.34 0 -18]) sh = s^2 + 5341 s --------------------
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s^3 + 95.34 s^2 - 18 Continuous-time transfer function. >> v=logspace(-1,2,100); >> bode(sh,v);
LUGAR GEOMETRICO DE LAS RAICES
>> sh=tf([0 1 5341 0],[1 95.34 0 -18]) sh = s^2 + 5341 s -------------------s^3 + 95.34 s^2 - 18 Continuous-time transfer function.
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>> rlocus(gh)
6. FUNCIONAMIENTO El sistema propuesto trata del funcionamiento de un automóvil el cual se moverá con una pista controlada por un micromotor, y se controlará con un sensor ultrasónico desde una determinada distancia si se ha sobrepasado o no los límites de velocidad, haciendo que se muestre una señal de aviso en una pantalla LCD, si se ha excedido en la velocidad se encenderá una luz roja, si está en una velocidad media se encenderá una luz amarilla y si la velocidad es baja se encenderá una luz verde. El rango de distancia donde el sistema es estable es de 3cm a 51 cm. El rango de velocidad es: en velocidad baja cinco vueltas, velocidad media 6 vueltas y velocidad alta 10 vueltas.
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El TCRT 5000 funciona como un tacómetro, este sensor se compone, básicamente, de un emisor de LED infrarrojo y un foto-transistor responsable por filtrar la luz natural y capturar señales de infrarrojos o no. Él tiene un escudo que separa el emisor del receptor y en función de la reflectividad de la superficie es capaz de detectar el color (en una escala NEGRO y BLANCO) cada vez que detecta el color blanco cuenta una vuelta. En la pantalla LED se muestra el tiempo, las revoluciones y la distancia
7. MATERIALES
1 Micromotor de 50 a 1
Sensor ultrasónico
LCD
Arduino
2 7805
2 1N4148
Led rojo, amarillo y verde
Resistencias 220
Trimmer 10k
Espaladines hembra
Borneras de 2 contactos
Molex de 4 contactos
Baquelita
Ácido
Buzzer
TCRT5000
Mosfet IRFP 150
2 4N25
8. APLICACIONES El presente proyecto fue diseñado para tratar de reducir los accidentes de tránsito en las carreteras del país, más no el cobro de multas por infracciones y arrestos a los infractores, por ello cada vez que un conductor rebase los límites de velocidad tendrá que cancelar una multa logrando así concienciar en la ciudadanía el respeto a las leyes de tránsito.
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9. CONCLUSIONES
El proyecto presente demostramos analíticamente y prácticamente la estabilidad del sistema.
Los sensores ultrasónicos no pueden reemplazar a un radar pero pueden ser de gran utilidad para mediciones pequeñas.
El software Matlab nos ayudó de gran manera en el desarrollo del proyecto ya que gracias a él los cálculos se nos facilitaron y fueron más exactos.
10. RECOMENDACIONES
Enfocar el sonar del sensor bien hacia el objeto para que no haya errores en la medición.
No configurar el sensor ultrasónico para que su umbral de medición sea el máximo ya que puede existir muchos errores.
El actuador puede ser cambiado por muchos otros como por ejemplo alarmas, cámaras que toman fotos, etc.
11. BIBLIOGRAFÍA
http://repositorio.uide.edu.ec/bitstream/37000/174/1/T-UIDE-0113.pdf http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/DiegoPerezDeDiego.pdf http://tierra.aslab.upm.es/documents/PFC/PFC_EGilaberte.pdf https://uvadoc.uva.es/bitstream/10324/3407/2/PFC-P-78%3B79.pdf http://www.juntadeandalucia.es/averroes/~23005153/d_tecnologia/bajables/2%20bachillerato/SIST EMAS%20AUTOMATICOS%20DE%20CONTROL.pdf
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ANEXOS
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Código Programación Arduino #include
LiquidCrystal lcd(7, 6, 5, 4, 3, 2); #include Ultrasonic ultrasonic(12,11); const int led2=13; const int led3=8; const int led1=A5; const int zu=A6; const int spin=9; const int mosf=10; const int pul1 = A1; const int pul2 = A2; int d=1; int spul1 = 0; int spul2 = 0; int var; const int releReedPin = 9; int vueltas = 0; int estadoRele = 0; int ultimoEstadoRele = 0; long tiempo_anterior = 0; long tiempo_una_rev = 0; unsigned long tiempo_ahora; long rpm,i=10; void setup()
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void loop() {
spul1 = digitalRead(A0); spul2 = digitalRead(A2); var=ultrasonic.Ranging(CM); if (spul1 == HIGH) { d=2; delay(10); }
if (spul2 == HIGH)
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA Escuela de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones y Redes { d=1; delay(10); }
if (d==2) {
estadoRele = digitalRead(releReedPin);
if (estadoRele != ultimoEstadoRele) {
if (estadoRele == HIGH) {
analogWrite(mosf, i); vueltas++; i=i+5; tiempo_ahora =millis(); tiempo_una_rev = tiempo_ahora - tiempo_anterior; rpm = 60000 / tiempo_una_rev; // 1 minuto = 60000 ms
if(i>=0 && i<=80) { digitalWrite(led1, HIGH);
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ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INFORMÁTICA Y ELECTRÓNICA Escuela de Ingeniería Electrónica en Telecomunicaciones y Redes digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(A6, LOW); var=ultrasonic.Ranging(CM); delay(5); }
if(i>=81 && i<=180) { digitalWrite(led2, HIGH); digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led3, LOW); digitalWrite(A6, LOW); var=ultrasonic.Ranging(CM); delay(5); }
if(i>=180 && i<=255) { digitalWrite(led3, HIGH); digitalWrite(led1, LOW); digitalWrite(led2, LOW); digitalWrite(A6, HIGH); var=ultrasonic.Ranging(CM); delay(5);
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if(i>=255) { i=0; }
lcd.setCursor(0, 0); lcd.print("Tiempo RPM:"); lcd.print(tiempo_una_rev); lcd.setCursor(0, 1); lcd.print("RPM: "); lcd.print(rpm);
lcd.print(" L: "); lcd.print(var); delay(200);
lcd.clear();
} else {
tiempo_anterior = tiempo_ahora;
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if (d==1) { lcd.print(" Apagado"); analogWrite(mosf, 0); } }
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