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Integrantes:
Suloaga Guimaray, François Alex
Marcas Sánchez, José Manuel
Vásquez Vivas, Branco
Vargas Villacorta, Ricardo
Mayo del 2012
INFORME DEL PROYECTO
TACÓMETRO
Mayo del 2012
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INFORME DEL PROYECTO
TACÓMETRO
INTRODUCCIÓN En la actualidad se han desarrollado técnicas efectivas para el monitoreo y mantenimiento
de la maquinaria de forma rápida y confiable que pone de todo en manos de la
instrumentación para evitar grandes costos y poder hacer un mantenimiento predictivo.
Los sistemas confiables para monitoreo y diagnostico de maquinaria, provistos de señales
de entrada de mediciones correctas, son muy apreciadas por su valor. Para medir la
velocidad por ejemplo, se cuentan con diversos equipos entre ellos se encuentra el
tacómetro.
El tacómetro es un dispositivo que mide las revoluciones por minuto (RPM) del rotor de un
motor o de una turbina. Son utilizados para lleva un registro de las velocidades del
elemento que tengamos en estudio, que nos permita saber si está trabajando en forma
adecuada. Con este tipo de instrumentos evitaremos que se detenga la maquinaria,
pudiendo hacer un mantenimiento en el momento adecuado. También se puede emplear
para conocer distancias recorridas por ruedas, engranes o bandas.
El presente trabajo está basado fundamentalmente en la implementación de un dispositivo
en el cual se pueda observar el control de un motor y la medición de su velocidad con un
tacómetro digital.
OBJETIVOS -Crear un tacómetro electrónico controlado por un PIC (circuito integrado programable),
que nos permita leer la frecuencia y/o Revoluciones por minuto y mostrarlo en el LCD.
DESCRIPCIÓN: Este proyecto se basa en la toma de voltaje equivalente a la frecuencia, generado por el
circuito integrado LM2907 (Conversor Frecuencia - Voltaje); el voltaje analógico recibido es
transformado a una medida digital por el ADC interno del PIC y mediante unas operaciones
podrá ser visualizada en el LCD.
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS
Convesores Voltaje-Frecuencia y Frecuencia- Voltaje
La función de un conversor Tensión-Frecuencia es la de convertir una señal analógica a
una serie de pulsos. La razón para realizar este tipo de conversión es que es mucho más
fácil transmitir y decodificar con precisión una serie de pulsos que una señal analógica,
sobre todo, si la distancia a la que se debe transmitir la señal es larga y ruidosa. En estos
casos se colocara al final de la línea de transmisión, un conversor de Frecuencia-
Tensión para obtener nuevamente una señal analógica.
La aplicación más común de los conversores Frecuencia – Tensión está dada en la medición
de velocidad de motores donde una serie de pulsos, proporcional a la velocidad del motor, es
transformada en una señal analógica para ser medida y quizás también utilizadas para
realizar un control de la velocidad.
El Conversor LM2907
El LM2907 es un circuito integrado que realiza la conversión de frecuencia en tensión.
En su circuito interno incluye: un comparador de tensión en la entrada con una función de
histéresis, una bomba de carga como convertidor frecuencia en tensión y un amplificador
operacional con un transistor de salida.
El diagrama en bloques del circuito interno se observa en la siguiente figura:
En la figura siguiente vemos un circuito típico de aplicación sugerido por el fabricante en el
Datasheet para la conversión.
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Analizando el funcionamiento del Circuito:
La señal de entrada ingresa por el terminal Negativo (-) del OPAM produciendo un disparo
hacia la Bomba de Carga cada vez que la señal supera los cero (0) voltios.
La Bomba de Carga trabaja de la siguiente manera: Cada vez que se dispara la Bomba, se
activara una fuente de corriente saliente del PIN 2 y alternante. De esta forma la tensión
en el PIN 2 evolucionara entre dos valores que son aproximadamente (1 4� ) Vcc y (3 4� ) Vcc.
La diferencia de tensión en un ciclo de carga y descarga del PIN 2 es de ∆� =���
� .
A su vez la bomba de carga copia esta misma fuente de corriente del Pin 2 al PIN 3 pero
siempre en el mismo sentido.
T será el periodo de la frecuencia de la señal de de entrada que dispara la bomba de carga.
De donde resulta que:
����� = ����� =1
�� |��(�)|��
�
�
=1
�2����
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Utilizando la ecuación de carga de un capacitor:
��(�) = ��
���
��
Donde al cargarse a corriente constante resulta:
��(�) = �� = ��
∆��
∆�
= ��
���
2��
= ��
���
2��
Reemplazando IF en la ecuación I3med resulta:
����� = ����� =1
� 2 ��
���
2��
�� = �� ��� �
Luego la tensión en:
����� = ������� = �� �� ��� �
La configuración del OPAM es configuración seguidora, entonces resulta:
�� = �� �� ��� �
El fabricante, en las hojas de datos, generaliza la ecuación teórica que se obtuvo y es la
siguiente ecuación:
�� = � �� �� ��� �
En las hojas de datos KTIP es una constante de la ganancia del circuito y es típicamente 1.
La linealidad de este voltaje es típicamente 0.3% del fondo de escala.
El capacitor C2, que está en paralelo con la resistencia R1 configura el pasa bajos que
realiza la integración de la corriente para obtener su valor medio. Por esta razón no
interviene en la ecuación de escala de conversión.
Características principales del LM 2907
En las hojas de datos del fabricante se encuentran los siguientes datos que consideramos
los más relevantes:
Error de no linealidad de la escala típica: 0,3 %
Error de lo linealidad de escala máximo: ±1 %
Factor de ganancia de la escala:
K min= 0,9
K tip= 1,0
K máx.= 1,1
Fuentes de corriente (PIN2 y PIN3) I2 e I3:
I min= 140 µA
I tip= 180 µA
I máx.= 240 µA
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PIC 16F873A
Descripción: El PIC 16F873A es un micro controlador de Microchip, el cual tiene las siguientes
características:
Por lo que este PIC es muy útil para el desarrollo de diferentes aplicaciones tales como
control y procesamiento digital de señales.
Encapsulado: El PIC 16F873A se presenta en un encapsulado de 28 pines como se ve en la siguiente
figura:
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Y la descripción de cada pin, en el siguiente cuadro:
Conversor Análogo-Digital: El modulo Analógico – Digital (A/D) tiene 5 entradas o canales.
La entrada analógica carga una muestra y la mantiene en un capacitor. La salida del
muestreo y la retención en el capacitor es la entrada al conversor.
El conversor entonces genera un resultado digital del nivel analógico por el método de
aproximaciones sucesivas. La conversión A/D de la entrada analógica resulta en un
correspondiente número de 10 bits. El modulo A/D tiene entradas de referencia de alto
voltaje (V dd) y bajo voltaje (V ss).
El modulo de conversión A/D está formado por cuatro registros. Estos registros son:
Registro de resultado de parte alta (ADRESH)
Registro de resultado de parte baja (ADRESL)
Registro de control 0 (ADCON0)
Registro de control 1 (ADCON1)
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ADCON0 El registro ADCON0, se muestra en la siguiente figura, controla la operación del modulo
A/D,
Bits 7-6 ADCS1-ADSC0: Sirven para seleccionar la frecuencia del reloj que se empleara en
la conversión y de acuerdo a la siguiente tabla:
TAD: tiempo que se tarda en convertir un bit. Para efectuar una conversión a 10bits es de
12 TAD (según Especificaciones de fabricante) El valor mínimo que debe poseer TAD es de
1,6 µ segundos.
Los valores en rojo violan el tiempo mínimo requerido de TAD
Bits 5-3 CHS2:CHS0: Sirven para seleccionar el canal de entrada al conversor y de
acuerdo con lo siguiente:
000 = canal 0, (RA0/AN0)
001 =canal 1, (RA1/AN1)
010 = canal 2, (RA2/AN2)
011 = canal 3, (RA3/AN3)
100 = canal 4, (RA5/AN4)
Bit 2 GO/DONE: Bit de estado de la conversión A/D. Si ADON = 1 entonces
1 = conversión en progreso
0 = conversión terminada (puesta automática)
Bit 1 ADON: Bit de habilitación del conversor A/D
1 = El conversor A/D esta operativo
0 = El conversor A/D no está operativo, y no consume corriente.
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ADCON1 El registro ADCON1 que se muestra en la siguiente figura, configura las funciones de los
pines del puerto A, como entradas analógicas, o como E/S digitales.
Bit 7 ADFM: Bit de selección del formato del resultado
1 = Justificación a la derecha. Los 6 bits de mayor peso del registro ADRESH son
puestos a 0.
0 = Justificación a la izquierda. Los 6 bits menos significativos del registro ADRESL
son puestos a 0.
Bits 6-4: No implementados, se leen como 0.
Bits 3-0 PCFG3:PCFG0: Bits de configuración del conversor A/D. Se utilizan para
configurar las patillas como entradas analógicas o como terminales de E/S digitales, y de
acuerdo a la siguiente tabla.
En la cual:
A = Entrada Analógica
D = Digital E/S
Nota 2:
Esta columna indica el número de canales que son entradas A/D y que numero de canales
de entrada son entradas de tensión de referencia.
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Tabla con la combinaciones y configuraciones de los CANALES A/D
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PWM O también conocida por Modulación por ancho de pulsos; la modulación PWM de una señal
o fuente de energía es una técnica en la que se modifica el ciclo de trabajo de una señal
periódica, 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.
El ciclo de trabajo de una señal periódica es el ancho relativo de su parte positiva en
relación con el periodo. Expresado matemáticamente:
� = �
�
D es el ciclo de trabajo
� es el tiempo en que la función es positiva (ancho de pulso)
T es el periodo de la función
En la actualidad existen muchos circuitos integrados en los que se implementa la
modulación PWM, además de otros muy particulares para lograr circuitos funcionales que
puedan controlar fuentes conmutadas, controles de motores, controles de elementos
termoeléctricos, chopper para sensores en ambientes ruidosos y algunas otras aplicaciones.
En los motores
La modulación por ancho de pulsos es una técnica utilizada para regular la velocidad de
giro de los motores eléctricos de inducción o asíncronos. Mantiene el par motor constante y
no supone un desaprovechamiento de la energía eléctrica. Se utiliza tanto en corriente
continua como en alterna, como su nombre lo indica, al controlar: un momento alto
(encendido o alimentado) y un momento bajo (apagado o desconectado), controlado
normalmente por relevadores (baja frecuencia) o MOSFET o tiristores (alta frecuencia).
Otros sistemas para regular la velocidad modifican la tensión eléctrica, con lo que
disminuye el par motor; o interponen una resistencia eléctrica, con lo que se pierde energía
en forma de calor en esta resistencia.
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DESARROLLO
Diagrama de Bloques del Sistema El diagrama muestra que la señal enviada por el motor es dirigido al conversor LM2907 el
cual se encarga de hacer la conversión de frecuencia a voltaje (500Hz/volt) y luego esta
señal convertida es leída por el micro-controlador, este se encarga de enviar otra señal al
LCD en Frecuencia.
Diseño del dispositivo
Sensor de Velocidad: El sensor de velocidad está compuesto por un Opto-acoplador y dos transistores.
El motor al girar va a generar un pulso por cada giro haciendo que el foto-receptor genere
una pequeña corriente hacia la base del transistor Q1, al excitar Q1 entra en la región de
saturación por lo que IC=máx. Parte de esta corriente excita al transistor Q2 y este se
Corta, por lo que VC = 5v. El condensador al final del circuito es un condensador de
desacople, sirve para enviar solo la parte DC de la señal.
5v
5v
out
5v
Q1
6
5
4
1
2
Q2
µControlador
16F873A
faja y actuador
LM 2907 Motor Sensor de
Velocidad
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Señal generada para una frecuencia de giro de 500 Hz
Conversor Frecuencia- Tensión: Según la fórmula del integrado LM2907 en la cual se puede hallar el tipo de conversión
mediante la ecuación:
�� = �� �� ��� �
El tipo de conversión que iremos a utilizar es que cada 500 Hz por voltio, entonces:
1� = �� × �� × 12� × 500��
Como es más fácil asignar un valor a C1, escogeremos 1nF
1� = 1�� × �� × 12� × 500��
�� =1
1� × 12 × 500
�� = 166.66�Ω
Entonces el circuito seria:
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1
166k
C11n
D2
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Para una entrada de 500Hz:
Para una entrada de 1kHz:
Para una entrada de 1,5kHz:
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1C1
D2
PICV=1.00003
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1C1
D2
PICV=2.0069
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1C1
D2
PICV=2.99773
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Para una entrada de 2kHz:
Para una entrada de 2,5kHz:
Grafica de Linealidad del circuito:
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1C1
D2
PICV=3.94166
out
PIC
TACHO+1
TACHO-11
CC2
OPIN+4
OPIN-10
V+
9
GND
12
C8
E5
FLT3
U1
LM2907
12(V+)
C2R1C1
D2
PICV=4.94087
1
2,069
2,997
3,941
4,94
0
1
2
3
4
5
6
10hz 20hz 25hz 30hz 35hz
Linealidad del LM2907
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Módulo LCD El módulo LCD va ser manejado por 8 bits de datos (D0:D7), que van a ir conectadas al
puerto B del µControlador (B0:B7).
µControlador El µcontrolador es la parte encargada de convertir la señal analógica en digital, al mismo
tiempo va a mostrar el valor en la pantalla LCD y generar el PWM para controlar el motor.
El voltaje proveniente del LM 2907 es leído por la pata AN0; el potenciómetro conectado a
AN1 es el encargado de controlar la Modulación por Ancho de Pulso.
321
0
4 5 6 7c0 c2 c1
5v
D7
14
D6
13
D5
12
D4
11
D3
10
D2
9D
18
D0
7
E6
RW
5R
S4
VS
S1
VD
D2
VE
E3
01234567
5v
c0c1
c2
pwm
PICRA0/AN0
2
RA1/AN13
RA2/AN2/VREF-/CVREF4
RA4/T0CKI/C1OUT6
RA5/AN4/SS/C2OUT7
OSC1/CLKIN9
OSC2/CLKOUT10
RC1/T1OSI/CCP212
RC2/CCP113
RC3/SCK/SCL14
RB7/PGD28
RB6/PGC27
RB526
RB425
RB3/PGM24
RB223
RB122
RB0/INT21
RC7/RX/DT18
RC6/TX/CK17
RC5/SDO16
RC4/SDI/SDA15
RA3/AN3/VREF+5
RC0/T1OSO/T1CKI11
MCLR/Vpp/THV1
U2
PIC16F873A
CRYSTAL
5v
50%10k
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Programación del PIC Para el conversor interno del PIC se están usando Vref+ =5v y Vref-=0v .El A/D es de 10 bits
(1023 en decimal), de los cuales no se usan 6; para hallar el valor decimal de cualquier
voltaje se usa la siguiente fórmula:
�� = ������� ×1024
5 (����� �� ����� ������)
Queremos que cada 500Hz sea igual a 1 voltio y viceversa:
�� = 1 ×1024
5= 204
500�� = 204 × �
� =500
204= 2.45098 …
Entonces nuestro factor de conversión será:
���� = �� ×500
204 ↔ �� × 2.45098 ….
Ahora surgen dos inconvenientes:
Al estar a máxima escala (1023) el resultado es: 258??? ; veamos:
1023 × 500 = 511500 = 0111 1100 1110 0000 1100 , lo que está en amarillo no
puede entrar al registro ya que son de 16 bits y este tiene 20 bits
1100 1110 0000 1100=52748 → �����
���= ���, 56(�� ���� �� ������)
por lo tanto no se puede usar � =���
���
El segundo inconveniente es que no se pueden colocar números decimales en el
código fuente a la hora de programar.
Se buscó una fracción menor pero que este cerca al valor decima 2,45:
� =61
25= 2,44 ≅ 2.450
Entonces:
���� = �� ×61
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El código fuente del µcontrolador está programado en Basic y es el siguiente:
'Primero configuramos el PIC:
Define CONF_WORD = 0x3f71
'Luego vamos a la Configuración del módulo LCD:
Define STEP_A_REG = PORTB
Define STEP_A_BIT = 7
Define STEP_B_REG = PORTB
Define STEP_B_BIT = 6
Define STEP_C_REG = PORTB
Define STEP_C_BIT = 5
Define STEP_D_REG = PORTB
Define STEP_D_BIT = 4
Define STEP_MODE = 1
'
TRISC = %00010000
TRISA = 0
PWMoff 1
PWMoff 2
a = 0
'Configuración del ADC interno:
ADCON0 = %10000101
ADCON1 = %00001110
'Declaracion de Variables:
Dim v3 As Word
Dim frec As Word
Dim v6 As Word
Dim v7 As Word
Dim a As Word
'Condiciones iniciales:
Lcdinit 0 'LCD sin cursor
Lcdcmdout LcdClear 'Limpiar LCD
PWMon 1, 1 'PWM encendido
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'-----Programa Principal:
loop:
'Lectura de Entradas:
Adcin 0, v6 'se lee AN0 y se guarda en "v6"
STEPHOLD 'DETIENe movimiento de la faja
‘Conversión de Variables:
'Frecuencia:
frec = v3 * 61 / 25
v7= frec * 2π
v3= v7 * 1.5
t= 4 / v3
'Corte y movimiento de la faja:
For a = 0 To t Step 1
StepCW 1, 30000
Next a
a = 0
StepHold
RC3 = 1
PWMon 1, 1
PWMduty 1, 1000
WaitMs 6200
PWMoff 1
PWMon 2, 1
PWMduty 2, 1000
WaitMs 6000
RC3 = 0
PWMoff 2
RC1 = 0
PWMoff 1
Goto loop ‘Return
End
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COSTOS Y PRESUPUESTOS
Lista de Materiales Utilizados:
Bill Of Materials For proyecto Frecuencimetro.DSN
Design Title :proyecto Frecuencimetro.DSN
Design Created :sábado, 17 de marzo de 2012
8 Resistors
Quantity:
References Value
1
R1
166k
1
R2
10K
2
R3, R30
1k
1
R4
450
1
R5
10k
2
R6, R7
4.7k
5 Capacitors
Quantity:
References Value
1
C1
1n
1
C2
1u
2
C3, C4
22p
1
C5
1000pF
3 Integrated Circuits
Quantity:
References Value
1
U1
LM2907
1
U2
PIC16F873A
1
U3
OPTOCOUPLER-NPN
3 Transistors
Quantity:
References Value
2
Q1, Q2
2N2222
1
Q3
IRF830
2 Diodes
Quantity:
References Value
1
D1
1N4148
1
D2
1N4733A
3 Miscellaneous
Quantity:
References
Value
1
Potenciometro
10k
1
Crystal
20MHz
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