Capitulo II: Marco Teórico 11 A. FUNDAMENTACION TEORICA 1

Capitulo II: Marco Teórico

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A. FUNDAMENTACION TEORICA

1. SISTEMA DE CONTROL.

Un sistema de control, es cualquier interconexión de componentes que

satisfacen una función deseada.

Según Kuo(1996,p. 2). “Los componentes básicos de un sistema de

control se describen mediante: los objetivos de control, componentes del

sistema de control, resultados o salidas. Los objetivos se pueden identificar

como entradas o señales actuantes y a los resultados también se le llaman

salidas, o variables controladas”. En general, el objetivo de un sistema de

control, es controlar las salidas de algunas formas prescritas mediante las

entradas a través de los elementos del sistema de control.

1.1. PROPÓSITO DE LOS SISTEMAS DE CONTROL.

El propósito básico de estos sistemas, es terminar un proceso de

manera mucho más económico. En algunos procesos sería posible excepto

con el uso de un control automático.

Según el Manual de Operaciones del Sistemas de Control de

Maraven (1993, p. 102) la economía se puede mostrar en muchas maneras

diferentes como:


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• Disminuir los costos de labor.

• Eliminar o reducir errores humanos.

• Mejorar la calidad del proceso.

• Reducir el tamaño de los equipos y la cantidad de espacios que

requieran.

• Proporcionar seguridad en la operación.

• Disminuir o minimizar el desgaste de energía.

1.2 TIPOS DE SISTEMAS DE CONTROL.

Existen diferentes tipos de sistemas de control entre ellos se

tienen:

1.2.1 SISTEMA DE LAZO ABIERTO.

De acuerdo con Ogata (1993,p 4-5) “los sistemas de control a

lazo abierto, son sistemas en lo que la salida no tiene efectos sobre la

relación de control. Es decir, en un sistema de lazo abierto la salida ni se

mide ni sé realimenta, lo que permite comparar la señal de salida con la

señal de referencia; es por ello que el control se debe ejercer por calibración

constante de señal de entrada. “


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En presencia de perturbaciones, un sistema de control de lazo

abierto solo se pueden utilizar si la relación entre la entrada y la salida es

conocida, y si no se presentan perturbaciones tantos internas como externas

desde luego, tales sistemas no son sistema de control retroalimentados

nótese que cualquier sistema de control que funciona sobre una base de

tiempo es un sistema de lazo abierto.

De la misma manera Kuo(1996, p. 9) define los sistemas de control de

lazo abierto “como sistema no complejo que no puede satisfacer

requerimiento de desempeño critico, por que la variable controlada depende

únicamente por la señal emitida por el operador.”

El autor hace referencia que los sistemas de lazo abierto se pueden

dividir en dos partes: el controlador; y el proceso controlado. Como se

muestra en la FIGURA 1, una señal de entrada o comando r se aplica al

controlador cuya salida actúa como señal actuante µ; La señal actuante

controla el proceso controlador de tal forma que la variable controlada se

desempeñe dé acuerdo con estándares preestablecidos.

r Entrada de referencia Señal

variable controlada actuante µ

FIGURA 1. Kuo (1996,p.9). Elementos de un Sistema de Control de

lazo Abierto.

Controlador Proceso Controlado


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1.2.2 SISTEMA DE LAZO CERRADO.

Según Ogata (1993, p 4-5); “un sistema de control de lazo cerrado, es

aquel en la cual la señal de salida tiene efectos directos sobre la acción de

control, esto es, el sistema de control de lazo cerrado presenta

retroalimentación. La señal de error actuante que es la diferencia entre la

señal de entrada y la de retroalimentación (que puede ser la señal de salida

o una función de la misma y sus derivadas), que entra al detector o control

de manera de reducir el error y llevar la salida del sistema al valor deseado.”

Los sistemas de control de lazo cerrado proporcionan una muestra de

la señal de salida hacia la entrada permitiendo el análisis del resultado de el

proceso, y así tomar medidas correctivas en el sistema, si es necesario. Este

tipo de sistema de control son los más utilizados en el ámbito industrial

porque permiten manipular todo el proceso con capacidad auto correctiva.

Con frecuencia se llama así al sistema de control retroalimentado en la

práctica. El término de lazo cerrado implica siempre el uso de la acción de

control retroalimentado para reducir el error del sistema. Kuo, (1996,p9)

coincide, que el sistema de control de lazo cerrado es una conexión o

retroalimentación desde la salida hacia la entrada del sistema, de tal manera,

la señal controlada debe ser retroalimentada y comparada con la entrada de

referencia para luego enviar una señal actuante proporcional a la entrada y

salida a través del sistema para corregir los errores no deseados.


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1.2.3 RETROALIMENTACIÓN.

La retroalimentación, es una trayectoria de retorno de la salida

al controlador, una parte de la salida del sistema, o toda ella se mide y son

utilizadas por el controlador.

El controlador puede entonces comparar una salida deseada

con la salida real y actúa en consecuencia para reducir la diferencia entre las

dos.

En la actualidad los sistemas de control están presentes en el

acontecer cotidiano formando parte de la vida diaria, debido a que son

necesarios para un buen manejo dentro de las diversas áreas como son: la

industria, la economía, en el ámbito social y en la tecnología.

Por la función que cumplen, que es controlar, los sistemas de

control son de gran utilidad. Por lo tanto están de forma global, por ejemplo

en la astronomía han logrado avances significativos en la realización de

investigaciones como lo es el telescopio espacial Hubble; se encuentra

encima de la atmósfera de la tierra, su capacidad lo diferencia de los demás

ya que proporciona una visión óptica más trascendente. El telescopio ha sido

utilizado como un instrumento que ofrece visión a grandes distancias el cual

se ha venido mejorando. De esta manera ha logrado producir avances dentro

del campo de la tecnología.


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2.- PRINCIPALES FAMILIAS DE MICROCONTROLADORES.

Duque (1997, p. 10) Existen en el mercado varias marcas reconocidas

como las principales, dadas sus características, difusión y usos en productos

de consumo masivo. Entre ellas están Motora, Intel, Philips, National y

Microchip. A continuación mencionaremos algunas.

2.1. FAMILIA INTEL 8051.

Esta familia de microcontroladores de 8 bits contiene varias

referencias, cada una de ellas acondicionada para aplicaciones

especificadas. Todas versiones existentes tienen la misma CPU, memoria

RAM, temporizadores, puertos paralelos y entrada/salida de tipo serial.

El 8051 tiene 4 Kbytes de memoria ROM que debe programarse

durante el proceso de fabricación del circuito integrado. En el 8751, la

memoria ROM se ha reemplazado por una memoria EPROM que el usuario

puede programar y borrar con luz ultravioleta.

El 8031 es un caso especial; no tiene memoria ROM interna y

por lo tanto, la memoria de programación se debe colocar externamente.

Para comunicarse con la memoria externa, el micro debe usar tres de los

cuatros puertos paralelos de entrada/salida.

2.2. FAMILIA MOTOROLA 6805.

Es una de las más utilizadas en el mundo. Ha sido optimizada

para aplicaciones de control especificado, en lugar de procedimiento de


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datos, y forma parte de dispositivos de producción masiva como juguetes,

equipos de video, impresoras, módems, electrónica automotriz y

electrodomésticos. Cada año aparecen nuevos modelos que reemplazan a

los anteriores.

Todos los dispositivos básicos están construidos a partir de la

misma CPU de 8 bits y tienen RAM, ROM, puertos de entrada/salida y

temporizadores; algunos tienen además, puertos seriales, convertidores

análogos a digital y memorias EEPROM o EPROM.

2.3. FAMILIA MICROCHIP 16CXX

Está formula por una amplia variedad de componentes con

diferentes tamaños de memoria, diferentes velocidades, diferentes tipos de

encapsulado y diferente número de pines de entrada/salida.

El conjunto de instrucciones es de sólo 35, por eso se dice que

es un microcontrolador de tipo RISC (Reduced Instruction Set

Computer/Computador con Set de Instrucciones Reducido) a diferencia de

las anteriores familias que utilizan la tecnología CISC (Complex Instruction

Set Computer/Computador con Set de Instrucciones Complejo).

Esta familia sobresale por estar muy difundida actualmente a

nivel mundial. Su flexibilidad, configuraciones para todas las necesidades y

bajo costo, la hacen muy atractiva para los consumidores a gran escala y


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para los estudiantes o diseñadores independientes. En este curso nos

dedicaremos especialmente a esta familia.

3. LOS MICROCONTROLADORES PIC.

(CECOIN, 1998, P. 1) En los dispositivos electrónicos,

también se utilizan los microcontroladores, los cuales aparecen en el

mercado en el año 1971, el primer microprocesador supuso un cambio

decisivo en las técnicas de diseño de los equipos de instrumentación y

control. La implementación de una microcomputadora desarrollada

alrededor de un microprocesador, trajo consigo la fabricación de un

conjunto de circuitos integrados que resolvían las necesidades de

memoria, de entradas / salidas, temporizadores, conversores, etc. Los

fabricantes de microprocesadores conscientes de la importancia de este

mercado, colocaron a disposición de los técnicos una gama variada de

circuitos integrados que facilitan la construcción de sistemas. Este conjunto

de circuitos integrados, constituye para cada fabricante, su familia

microcomputadora.

En el año 1976, a consecuencia del aumento de la densidad e

integración de componentes en un circuito integrado, se creó el primer

ordenador en un chip, es decir, se anexaron junto con el microprocesador los

subsistemas que anteriormente formaban unidades especializadas e

independientes, pero unidas por la pista del circuito impreso con el


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microprocesador forman lo que se conoce como sistema. A este nuevo

circuito integrado se le denomina microcomputadora monopastilla.

La microcomputadora en tiempos pasados, debido a la rigidez

de su arquitectura y a sus limitadas prestaciones, sólo era atractiva para la

producción de grandes series, como sistemas de control de

electrodomésticos, simples automáticos, periféricos, instrumentación, entre

otros.

Por tal razón cuando los sistemas basados en la

microcomputadora se especializan en aplicaciones industriales, en

ambientes eléctricos adversos, aparece la versión industrial de la

microcomputadora, que no es otro que el microcontrolador.

Para URUÑUELA (1989, p.34) Un microprocesador, es un

sistema abierto con el que puede construirse una computadora con las

características que se desee, acoplándose los módulo necesarios.

Por consiguiente, son numerosas las ocasiones en las que es

necesario almacenar datos con el fin de que estos permanezcan a la

disposición de los usuarios, para leerlos o modificarlos, a pesar de que se

presenten cortes de energía o se desconecte el sistema. En tal sentido se

han presentado innumerables soluciones a esta necesidad, y ellas van desde

las memorias RAM, alimentadas con baterías de litio para brindar

alimentación de respaldo en caso de cortes de energía, hasta dispositivos

magnéticos para almacenar la información más recientemente. Las memorias

paralelas EEPROM han sido una de las soluciones más eficientes, ya que el


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mismo es borrable y programable eléctricamente, los datos permanecen

inalterados, a menos que se escriba sobre ellos, utilizando los protocolos

adecuados.

Sin embargo, se presentan inconvenientes, ya que el dispositivo

que se emplea como memoria de datos se encuentran fuera del circuito

integrado del procesador, por lo tanto, se requiere espacio adicional para

éste, y diseñar la disposición de las líneas de control, datos, dirección, entre

otros, lo que genera inversión de tiempo y dinero.

Aprender a manejar y aplicar microcontroladores solo se

consigue desarrollando prácticamente diseños reales. Sucede lo mismo que

con cualquier instrumento musical, cualquier deporte y con muchas

actividades.

En tal sentido, entre la familia de microcontroladores, se

seleccionó el PIC de MICROCHIP TECHNOLOGY INC

(www.microchip.com/10/lit/picmicro). Dentro de esta rama se utilizó un

modelo concreto: El PIC16F84 (ver anexo 1), ya que estos

microcontroladores son sencillos, modernos, rápidos, baratos, además, se

puede escribir los programas y borrarlos múltiples veces.

ANGULO (1994, p.76) los define, como un circuito integrado

programable que contiene todos los componentes de una computadora. Se

emplea para controlar el funcionamiento de una tarea determinada y, debido

a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el propio dispositivo al que

gobierna. Esta última característica es la que le confiere la denominación de


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controlador incrustado, ya que en su memoria sólo reside un programa

destinado a gobernar una aplicación determinada. Sus líneas de

entrada/salida soportan el conexionado de los sensores y actuadores del

dispositivo a controlar y todos los recursos complementarios disponibles

tienen como finalidad atender sus requerimientos, una vez programado y

configurado el microcontrolador solamente sirve para gobernar la tarea

asignada.

CEKIT (1997, p. 12) El fabricante los define como una familia

de microcontroladores de bajo costo, bajo consumo de potencia y alta

velocidad de operación. No está muy lejos de la realidad, ya que es posible

operar los PICL6CXX hasta una velocidad de 20 MHz, y el consumo de

potencia es de 50 microvatios a una velocidad de 32 Khz y de 6

microvatios en modo de reposo o sep (en este modo el micro se detiene y

disminuye el consumo de potencia).

La tecnología RISC( Set de instrucciones reducido) lo hace

muy fácil de manejar, ya que tiene muy pocas instrucciones que son

poderosas, a diferencia de las otras familias que tienen muchas

instrucciones difíciles de recordar o que se utilizan muy poco.

Los PIC16CXX tienen memoria EPROM o PROM internas;

además tienen un circuito de vigilancia interno para evitar que el programa

se pierda (watchdog), los pines de entrada/salida pueden manejar


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corrientes hasta de 25 mA, posee temporizadores programables y algunos

poseen conversores análogo a digital.

Estas familias se divide en tres rangos según la capacidad de

los microcontroladores. El más bajo lo compone la familia 16C5X, los

cuales tienen un timer o temporizador y pines de entrada / salida. El rango

medio lo componen las familias 16C6X/7X8X, que incorporan conversores

análogo a digital, comparadores, interrupciones, etc. La familia de rango

superior lo componen los 17CXX, que tienen muchos más servicios y

prestaciones.

Dentro de todos los miembros de la familia Microchip, vale la

pena destacar el PIC16F84, que se caracteriza por tener una memoria de

programa del tipo EEPROM, es decir que se puede programar (grabar) sin

tener que borrarlo con luz ultravioleta como sucede con los otros tipos.

Características del PIC16F84:

Los aspectos más relevantes en este microcontrolador son:

- 18 pines, de los cuales 13 son de entrada / salida, con control

individual de dirección.

- Conjunto de sólo 35 instrucciones.

- Memoria de programa de 1024 posiciones, de 14 bits cada una.

- 36 registros de propósito general de 8 bits cada uno (SRAM).


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- 15 registros especiales de Hardware.

- Pila de 8 niveles.

- Cuatro fuentes de interrupción.

- Capacidad de corriente para manejar LED´S directamente.

- Temporizador / contador de 8 bits con preescalador programable

de 8 bits.

- Circuito de Vigilancia (Watchdog timer) incorporado.

- Seguridad para protección de código del programa.

- Modo de consumo de baja corriente.

- Programación en serie o en paralelo. Esta opción permite utilizar

solamente dos líneas para transmitir los códigos

correspondientes al programa.

- Se puede considerar como PIC16C71 que el lugar del

convertidor analógico a digital, posee una memoria EEPROM de

datos de 64 bytes, este cambio también se refleja en algunos

registros especiales, que pasan de manejar el convertidor a

controlar las funciones de la memoria de datos.

Estructura Interna:

Está conformada según JJ ELECTRONICS (1999, p. 3) en la

base de la arquitectura Harvard, en la cual el programa y los datos


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son accesados desde memorias separadas, lo que posibilita que las

instrucciones y los datos posean longitudes diferentes. Esta misma

estructura es la que permite la superposición de los ciclos de

búsqueda y de ejecución de las instrucciones, lo cual se ve reflejado

en una mayor velocidad del micro.

Organización de la Memoria de Programa

JJ Electronic (1999, p. 3), Afirma que debido a que el PIC16F84

tiene un contador de programa de 13 bits, tiene una capacidad de

direccionamiento de 8K x 14, pero solamente tiene implementado el primer

1K x 14 (000h hasta 03FFh). Accesos a posiciones superiores a 3FFh

causarán un solapamiento en el espacio del primer 1K. El vector de reset

se localiza en la dirección 0000h, mientras que el de interrupciones en la

0004h.

Organización de los Registros

Para el CECOIN (1998, p. 9) están organizados como arreglos

(páginas) de 128 posiciones de 8 bit cada una (128x8). Todas las

posiciones se pueden acceder directamente (a través del registro selector

FSR). Los cuales conforman la memoria de datos del micro. Para paginar

los registros existen dos bits dentro del registro STATUS que se

especializan en ello. Cada una tiene implementados únicamente los

primero 48 registros (2FH). Las primeras 12 posiciones en cada página,


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contiene registros de función especial. Considerando que todos los

registros físicos se pueden leer o modificar, la siguiente es la descripción

de estos:

Registros

Entre estos cabe mencionar los de MICROCHIP TECHNOLOGIES

(www.microchip.com/10/Lit/PICmicro) quien los especifica de la siguiente

manera:

• 00h 0 INDO: Para direccionamiento indirecto de datos. Este

no es disponible físicamente, utliza el contenido del FSR y el

bit IRP del registro STATUS para seleccionar indirectamente

la memoria de datos o RAM del usuario, la instrucción

determinará que se debe realizar con el registro del usuario

señalado.

• 01h 0 TMRO: Contador y reloj de tiempo real.

Temporizador/Contador de 8 bit. Se incrementa con una

señal externa aplicada al pin RA4/TOCKI o de acuerdo a una

señal interna proveniente del reloj de instrucciones del micro.

La rata de incremento del registro se puede determinar por el

preescalador, localizado en el registro OPTION. Estos se han

mejorado agregando la generación de una interrupción

cuando se rebasa la cuenta (el paso de Of. A Ooh).


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• 02h o PCL: Contador de Programa. Ante una condición de

reset inicia el contador de programa con sus bit en cero.

Durante la ejecución normal del programa, ya que todas las

instrucciones ocupan solo una posición de memoria, el

contador se incrementa en uno cada instrucción, a menos

que se trate de alguna instrucción especial.

• 03h o SATATUS: Registro de estados. Contiene el estado

aritmético de la ALU, la causa del reset y los de preselección

de página para la memoria de datos.

• 04h o FSR: Registro Selector de Registro. Conjuntamente

con el registro INDO, se utiliza para seleccionar

indirectamente los registros disponibles. Mientras que los

otros antecesores poseen solo 5 bits activos, este micro

cuenta con 8 bits. Si en el programa no se utiliza llamadas

indirectas, se puede utilizar como registro de propósito

general.

• 05h o PORTA: Puerto de Entrada/Salida de 5 bits. Este

puerto, al igual que todos sus similares en los PIC, puede

leerse o escribirse como si se tratara de un registro

cualquiera. El mismo está localizado en la página 1, en la

posición 85h.


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• 06h o PORTB: Puerto de8 bits. Al igual que en todos PIC´s,

este puede leerse o escribirse como si se tratara de un

registro cualquiera, algunos de sus pines tienen funciones

alternada en la generación de interrupciones. El registro de

control para la configuración de la función de sus pines se

localiza en la página 1, en la dirección 86h.

• 08h o EEDATA: Registro de Datos. Contiene el dato que se

va a escribir en la EEPROM o el que se leyó de ésta.

• 09h o EEADR: Registro de la Dirección: Aquí, se mantiene la

ubicación de la posición de la EEPROM para ser accesada,

bien sea para una operación de lectura o para una de

escritura.

• 0Ah o PCLATH: Registro para la parte alta de la dirección

del contador de programa y no es directamente accesible.

• 0Bh o INTCON: Registro para el control de interrupciones.

Es el encargado del manejo de las instrucciones y contiene

los bits.

• 81h o OPTION: Registro de configuración Múltiple. Posee

varios bits para configurar el preescalador, la interrupción

externa, el timer y las características del puerto B. El

preescalador es compartido entre el TRC y el WDT, su


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asignación es mutuamente excluyente, ya que solamente

puede uno de ellos ser preescalado a la vez.

• 85h o TRISA: Registro de Configuración del Puerto A. Como

ya se mencionó, es el registro de control para el puerto A. Un

cero en el bit correspondiente al pin lo configura como salida,

mientras que un uno lo hace como entrada.

• 86h o TRISB: Registro de Configuración del Puerto B.

Orientado hacia el control del puerto B. Son válidas las

mismas consideraciones anteriores.

• 88h o EECON1: Registro para el Control de la Memoria de

Datos. Este sólo destina cinco bits para ello, los más bajos,

los tres bits superiores permanecen sin implementarse.

• 89h o EECON2: Registro Auxiliar para el Control de la

Memoria de Datos. Éste no está implementado físicamente

en el micro, pero es necesario en las operaciones de

escritura de la EEPROM de datos ante cualquier intento de

lectura se obtendrá ceros.

• 0Ch o 2Fh: Registro de Propósito General. Las 36

posiciones están implementadas en la memoria RAM

estática, la cual conforma el área de trabajo del usurario, a

esta se accede cuando en la página 1 se direccionan las


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posiciones 8Ch a AFh. Esto se ha diseñado de esta manera

para evitar un excesivo cambio de páginas en el manejo de

la RAM del usuario, agilizando los procesos que se estén

llevando a cabo y simplificando la labor del programador.

También se debe tomar en cuenta el registro de trabajo W, el

cual realiza las funciones del acumulador de otros

procesadores y participa en la mayoría de las instrucciones.

Esto lo hace óptimo para el desarrollo de prototipos y la

experimentación. Por su facilidad de manejo, programación y aplicación,

utilizaremos este microcontrolador para desarrollar este prototipo.

4.- INTERFAZ DE COMUNICACIÓN

Freedman (1997, p. 292) Explica, que una interfaz de

comunicación es una conexión e interconexión entre Hardware, Software y

el usuario. El diseño y construcción de interfaces constituye una parte

principal del trabajo de los ingenieros, programadores y consultores. En tal

sentido, los usuarios “conversan” con el software, el software “conversa

con el hardware y otro software. El Hardware “conversa” con otro

hardware. Todo este “dialogo” no es más que el uso de interfaces. Las

interfaces deben diseñarse, desarrollarse, probarse y rediseñarse, y con


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cada modificación o construcción nace una nueva especificación que

pueda convertirse en un estandar más de hecho o regulado (www-

s.ti.com/sc/psheets/slis047g).

En concordancia con lo antes expuesto, la comunicación a través de

los puertos del computador puede darse de forma serial y USB. Por los

tanto se hace énfasis en la comunicación serial, la cual se refiere al uso de

punto con protocolo RS-232.

Este tipo de comunicación es asíncrono, la transmisión de datos

digitales se envía bit por bit y su estructura se fundamenta en un bit que

indica comienzo, seguido de una serie de ocho bit donde viaja la palabra

en cuestión, y por último un bit de parada.

En la figura 1, se muestra la forma típica de una señal de este tipo

cuando sale directamente del puerto RS-232 del computador. Sin embargo

para efectos de conversión de voltajes a un rango accesible para chips que

trabajan con lógica TTL, se utilizan convertidores de niveles como UARTs,

1488 y 1489 RS-232, o bien como el que se muestra en la Figura 2, del

MAX232.

Este chip, incluye un disparo de carga para generar +10v y –10v

desde una simple entrada de 5v. Es un circuito integrado que dispone de

dos receptores y dos transmisores, lo cual resulta útil en muchos de los


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casos, sobre todo cuando se desea utilizar cada uno de manera individual

por una sola línea.

Figura 1. Formato de Onda Serial del Computador Fuente: http: \\\\www.cablesnmor.comwww.cablesnmor.com

Figura 2. Estructura del MAX232. Fuente: http:\\www.cablesnmor.com


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Por lo tanto, se descarta el hecho de tener que utilizar dos chips

para realizar cada una de estas actividades independientemente en líneas

separadas. En la figura 3, se muestra una señal cuando pasa por uno de

estos convertidores..

A pesar de las grandes ventajas que brinda la transmisión por el

puerto serial como precisión y confiabilidad, es un tipo de interfaz bastante

difícil de depurar, que involucra transformar la data en forma paralelo para

ser interpretada por el computador, efecto que se logra con el uso de los

UART. Por tal razón es más lenta que la transmisión en paralelo, pero la

más apropiada para realizar transmisiones.

Para efectos de esta investigación, se utilizó un sistema de

comunicación serial, microcontrolador PIC16F84, partes mecánicas y un

sistemas de control a lazo cerrado: por cuanto los mismos responden al

prototipo de un sistema de control asistido por una computadora para el

direccionamiento y enfoque de imágenes; donde las especificaciones son

Figura 3. Salida de la Señal RS- 232 desde el MAX232 Fuente: http\\www.cablesnmor.com


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tomadas de los aspectos antes descritos, los cuales crean la posibilidad

del prototipo de control.

5.- TIPOS DE TELESCOPIO.

Según Hecht (1993) existen tres (3) tipos de telescopios clase

tiene su fortaleza y debilidad están: los refractores, reflectores y los

catadióptricos.

5.1.- Telescopio Refractor.

De acuerdo con Alan MacRobert (1998), define al telescopio

refractor como “El tipo de telescopio astronómico más sencillo que tiene

dos lentes. Ambas son convexas, es decir, más gruesas en el centro que

en los extremos”. La lente más cercana al objeto se llama objetivo Véase

FIGURA 4. La luz de una fuente distante pasa por esta lente y llega a un

foco como una imagen ‘real’ e invertida dentro del tubo del telescopio. La

lente del ocular aumenta la imagen formada por el objetivo. En un

telescopio astronómico, la imagen ‘virtual’ formada por él ocular queda

invertida. Los oculares incluyen a menudo varias lentes, pero su acción es

esencialmente la misma que la de las lentes convexas sencillas. En un

telescopio para observación terrestre se inserta una tercera lente para

invertir la imagen por segunda vez, de modo que se pueda ver un objeto


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distante de forma correcta. La calidad óptica es baja y la montura se

mueve tanto que difícilmente le pueden apuntar a algo.

(FIGURA N°4). Enciclopedia Microsoft Encarta (1998).

Ventajas:

1. Son robustos, requieren poco o ningún mantenimiento.

2. Tienen tubos sellados que los protegen del polvo y corrientes de aire que

degradan la imagen.

3. Tienen limpio el paso de luz (sin obstrucción) y por lo tanto, un buen

contraste.

4. En longitudes focales grandes (f/12 a f/15) las imágenes son

extremadamente nítidas sobre un amplio campo visual.

5. Son los mejores tipos de telescopio para observar la Luna, los planetas y

las estrellas dobles.


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5.2.- Telescopio Reflector Newtoniano

El primer telescopio reflector fue construido por Isaac Newton

en 1668. Este telescopio utiliza un espejo curvo para enfocar la luz (Véase

Figura 5). La luz de objetos lejanos como las estrellas entran en el tubo del

telescopio en rayos paralelos, que se reflejan en el espejo cóncavo hacia un

espejo plano diagonal. El espejo diagonal refleja la luz a través de una

abertura en un lado del tubo del telescopio a una lente del ocular. Los

telescopios reflectores pueden ser mayores que los refractores porque el

espejo curvo se puede apoyar en toda su superficie, mientras que una lente

grande sólo se puede apoyar en sus extremos. Los espejos más grandes

tienen ventajas porque pueden recoger más luz. Entre los telescopios

reflectores modernos se encuentra el reflector de 508 cm del Observatorio

Monte Palomar en California (EEUU) y el de 400 cm del Observatorio

Interamericano de Cerro Tololo cerca de La Serena, Chile.

(FIGURA N° 5). Enciclopedia Microsoft Encarta(1998).


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Ventajas:

1. Ofrecen más apertura por dinero invertido.

2.Tienen sólo dos superficies ópticas (sin contar el ocular)

significando esto que hay menos cantidad de fallas o imperfecciones

por haber menos lentes.

3. Es bajo, lo que permite monturas más firmes.

4. Debido a que tiene un número par de espejos, la imagen no se

presenta invertida.

5. El espejo tiene menos posibilidades de empañarse porque éste se

encuentra en el fondo de un largo tubo.

6. Es sencillo de fabricar.

5.3.- Telescopio Catadióptricos.

También se les llaman telescopios complejos. Utilizan lentes y

espejos. El diseño más popular es el Schmidt-Cassegrain, el cual irrumpió en

el mercado en los 70's y ganó rápidamente un lugar por sí mismo entre los

refractores y los reflectores. Los siguientes comentarios aplican

principalmente hacia los Schmidt-Cassegrains:

Ventajas:

1. Las principales son la portabilidad, la conveniencia y las opciones

especiales. Aunque muchas personas se las pueden arreglar para

sacar un reflector de 8" afuera es incómodo y pesado. La mayor parte


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de Schmidt-Cassegrain vienen en una caja de madera que puede

agarrarse con una mano (el trípode viene por separado.)

2. Poco espacio para almacenarlo. La caja puede almacenarse en un

closet o en el baúl de un auto, fácilmente, mientras que un reflector

tiende a desplazar todo.

3. El tubo sellado protege los espejos.

4. La firme construcción, reduce problemas de re-alineamiento.

5. El poco peso del tubo, permite que un motor siga las estrellas con

mayor confiabilidad.

6. La fotografía es más fácil (o mejor dicho, menos difícil).

7. El campo visual es más amplio que el de los Newtonianos. 8.Hay

controles electrónicos de manejo del telescopio, muy elaborados, que

están disponibles como opciones en monturas para Schmidt-

Cassegrains para astrofotógrafos y usuarios de cámaras CCD.

Algunos con capacidades robóticas computarizadas.

El telescopio como instrumento óptico necesita de la manipulación del

hombre para la captura de una imagen. Este proceso es el direccionamiento

del telescopio.

6. DIRECCIONAMIENTO DEL TELESCOPIO.

Ante esta situación Domoromo y González (2001) definen el

direccionamiento del telescopio Como la acción de orientar el objetivo hacia


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una imagen en el espacio, Logrando central una imagen deseada en el

menor tiempo posible.

Se plantea dos posibilidades de direccionamiento del telescopio, uno

manual donde el usuario es la persona que manipula el telescopio hasta

conseguir y mantener el control, y la que se desea alcanzar donde la

computación sea la interfaz para la manipulación de este instrumento. Otros

aspectos esenciales para la captura de la imagen tal cual como se presenta

en la realidad es el enfoque de la imagen.

7.- ENFOQUE DE IMAGEN.

El problema que se trato de resolver dentro de los enfoques de

imagen en primer lugar fue, el de la determinación de saltos o

discontinuidades presentes en una imagen. Además de los ajustes de

entrada de luminosidad que se necesita para poder visualizar un objeto.

Los defectos de captura de imágenes por la video cámara, son un

punto muy importante para obtener un buen resultado, a pesar de la poca

tecnología que se utiliza para esta investigación.

8.- ALMACENAMIENTO DE IMÁGENES.

La imagen se almacena en la memoria del computador en un área que

suele denominarse buffer de cuadro. Este buffer, puede ser parte del

captador o estar en la propia computadora. Varias técnicas se desarrollaron


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para adquirir y acceder a las imágenes digitales, en condiciones ideales,

sería deseable adquirir un cuadro único de datos en un tiempo real.

Los cuadros digitales suelen cuantificarse en 8 bits por pixeles. Sin

embargo, un buffer de 6 bits es apropiado, puesto que el sistema de cámara

medio no puede producir 8 bits de datos exentos de ruidos. Por consiguiente,

los bits de peso más bajo se eliminan como un medio de filtrar el ruido.

Además el ojo sólo puede separar unos 2n = 64 niveles de grises.

Para leer la información almacenada en el buffer sería enviada desde

la computadora a la dirección correspondiente a una combinación de filas-

columnas. Dichas técnicas de captador de trama, se hicieron muy nombradas

y se emplean en los sistemas de visión.

B.- REVISION DE LA LITERATURA.

Seguidamente se describen dos trabajos de investigación en el área de

sistema de control de telescopio y en la visualización y captura de imágenes,

mostrando ser los únicos que da ciertas referencias del proyecto en cuestión.

Los estudios realizados anteriormente con relación a sistemas de

direccionamiento de un telescopio, Palomera, Pérez, Robles(1998), quienes

realizaron una tesis de grado en la Universidad de Guadalajara, México,

denominada " Diseño y Construcción de un Reflector Newtoniano 6F8

Controlado y Desplazado por un Microcontrolador". Esta tesis se realizó con

el propósito de diseñar un proyecto para la automatización de los


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movimientos de un telescopio y la capacidad de activar el seguimiento de un

astro.

El aporte más significativo a este trabajo de grado fue el respaldo

conceptual las cuales sirvieron como referencia para desarrollar parte de la

fundamentación teórica, específicamente lo relacionado con el

direccionamiento del telescopio.

La investigación relacionada con la visualización y captura de

imágenes desarrollada por Ferrer Eugenio y Stavisky Jimmy (2000), titulada,

Desarrollo de un Prototipo para el Reconocimiento de Patrones Visuales a

través de un Sistema de Reconocimientos Automatizado de Formas (SRAF),

quienes realizaron la tesis de Grado en la Universidad Rafael Belloso Chacin

en Maracaibo. Venezuela, fue de gran ayuda, por la manera de cómo

controlar la captura de imágenes por medio de una Videocámara y capturar

el objeto que se desee. Además de ciertas teorías que se tomaron como

punto de partida.

C. - DEFINICION DE TERMINOS BASICOS.

Prototipo: La herramienta utilizada para definir los requerimientos del

sistemas, mostrándole al usuario un ejemplo tangible del mismo (Fabregas,

1992,p55).

Circuito: Paso o grupo de pasos interconectados, aptos para la transmisión

de corrientes eléctricas (Markus, 1978, p. 144).


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Interfase: Es una interacción entre hardware, software y usuario. Al diseño y

construcción de interfaces constituye una parte principal del trabajo de los

ingenieros, programadores y consultores (Freedman 1993, P. 423).

Motores Paso a Paso: Son motores en que la rotación es producida

secuencialmente por conmutación, para producir un desplazamiento discreto

de paso angular y uniforme (Werninck, 1978,P. 553).

Microcontrolador: Es un sistema cerrado que contiene un computador

completo y de prestaciones limitadas que no se puedan modificar.

Hardware: Componentes Palpables y Manejables por el usuario para la

interrelación con los software.

Software: Conjunto de programas utilizables en una clase de computadoras,

junto con la documentación asociada a las computadoras, tales como

manuales, diagramas, instrucciones de funcionamiento, etc.

Piñon: Rueda dentada que engrana con otra rueda dentada o con una

cadena.

Procesos: Cualquier operación o secuencia de operaciones de las cuales

se agrega un cambio de energía, composición, dimensión o cualquier otra

propiedad que se pueda definir con respecto a una referencia.

Pixel: Punto perteneciente a un área de visión, cuyas coordenadas en el

espacio bidimensional son X, Y que posee una intensidad de luz que se

define como F(x, y).

Digitalizador:: Transforma una señal analógica a código binario (digital),

Casi siempre el término digitalizar se refiere a una señal analógica, como la


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imagen o la voz, a un código binario.

Retroalimentación: relación que existe entre la salida y una entrada de

referencias para regular la desviación que existe entre ambas.(Kuo

1996,p256).

Paso Angular: En las coordenadas polares, es la resolución de un

movimiento expresado en grado.

D.- SISTEMA DE VARIABLES.

Prototipo:

Conceptual:

Prototipo de un sistema de control: “se define como un sistema cuyo

comportamiento se investiga mediante una maqueta de menor tamaño” (Kuo,

1996,p1).

Operacional:

Es un conjunto de elementos que se interrelacionan para obtener un

funcionamiento optimo al momento de investigar y dirigir herramientas o

instrumentos de poco volumen.

Direccionamiento:

Conceptual:

Direccionamiento del Telescopio: Según, Domoromo y González

(2000-2001), el direccionamiento del telescopio; es la acción de orientar el

objetivo hacia una imagen en el espacio; Logrando centrar una imagen


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deseada en el menor tiempo posible.

Operacional:

Determinar que el objeto del telescopio se dirija de forma precisa y

bien orientada en el espacio.

Enfoque de Imagen:

Conceptual:

De acuerdo con Alam MacRobert (1996), enfoque de imagen “es

hacer que la imagen obtenida en un aparato óptico se produzca exactamente

en un plano u objeto determinado”.

Operacional:

Procesar por medio de una herramienta óptica, La imagen requerida

por el usuario de forma clara y precisa.

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Capitulo II: Marco Teórico 11 A. FUNDAMENTACION TEORICA 1