DISEÑO DE CONTROL DE SEMAFORO BUENO

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  • DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA ELECTRNICO

    ACCIONADO POR EL TRANSITO VEHICULAR PARA EL CONTROL

    AUTOMTICO DE LOS TIEMPOS DE ESPERA EN ROJO Y DE VA EN

    VERDE EN LOS SEMFOROS

    GERMN DARO RODRGUEZ TOLOZA

    UNICATLICA FUNDACIN UNIVERSITARIA CATLICA LUMEN GENTIUM

    FACULTAD DE INGENIERA TECNOLOGA EN ELECTRNICA

    SANTIAGO DE CALI SEPTIEMBRE 2011

  • DISEO E IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA ELECTRNICO

    ACCIONADO POR EL TRANSITO VEHICULAR PARA EL CONTROL

    AUTOMTICO DE LOS TIEMPOS DE ESPERA EN ROJO Y DE VA EN

    VERDE EN LOS SEMFOROS

    GERMN DARO RODRGUEZ TOLOZA

    Proyecto de Grado presentado como requisito para optar por el ttulo de Tecnlogo en Electrnica

    Director Jaime Andrs Arteaga

    UNICATLICA FUNDACIN UNIVERSITARIA CATLICA LUMEN GENTIUM

    FACULTAD DE INGENIERA TECNOLOGA EN ELECTRNICA

    SANTIAGO DE CALI SEPTIEMBRE 2011

  • Nota de aceptacin:

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    Firma Director

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    Firma Jurado

    ___________________________________________________________

    Firma Jurado

    Santiago de Cali, septiembre 2011.

  • Dedicatoria

    El presente proyecto de tesis est dedicado a Dios; por darles la vida a mis seres

    queridos, a mis padres Vctor Antonio Rodrguez y Fanny Tolosa que con infinito amor

    y sacrificio me supieron dar el estudio, me apoyaron para cumplir este sueo que he

    tenido desde mi adolescencia.

    Espero se sientan tan felices como lo estoy yo y si Dios me lo permite seguirles dando

    alegras profesionales como estas en el futuro, por ser parte de mi vida y que donde

    quiera que me encuentre siempre los llevar en mi corazn los (Amo mucho).

    A Diana Ladino Mosquera; el amor de mi vida quien siempre confi en m, me brind

    su apoyo, sabidura y cario (Te amo).

    Con mucho afecto y cario para mis suegros Miguel Fernando Ladino y Mery Yolanda

    Mosquera que han compartido conmigo esta etapa dndome su apoyo, confianza y

    calor de hogar.

    Por ltimo y no dejando de menos a todas las personas que confiaron en m; a todos

    ustedes muchsimas gracias.

    Germn Daro Rodrguez Toloza

  • Agradecimientos

    Agradezco hoy y siempre: A Dios el Todo poderoso que siempre me ha acompaado y

    nunca desamparado; por darme la vida y permitirme llegar a este momento tan

    anhelado con salud y junto a mis seres queridos.

    A mi familia quienes siempre confiaron en m y me brindaron su apoyo incondicional

    (Padres, hermanos, sobrinos, novia, tos y primos), que han sido ejemplo de lucha,

    tenacidad, esfuerzo para no dejar de soar y lograr las metas propuestas, gracias por

    este apoyo moral.

    A mi director de tesis; Jaime Andrs Arteaga por compartir sus conocimientos y ser de

    gran ayuda para culminar el presente proyecto, a la directora del programa Mara

    Fernanda Daz por su paciencia conmigo y colaboracin en este trayecto.

    A mis amistades y compaeros de estudio que he hecho en esta universidad con

    quienes he compartido muchas ancdotas, recuerdos inolvidables que durarn toda

    una vida.

    Germn Daro Rodrguez Toloza

  • CONTENIDO

    pg.

    CAPITULO I Propuesta de investigacin

    Introduccion....................................................................................................................... 16

    1.1. Planteamiento del problema 17

    1.2. Planteamiento de solucin................................................................................................... 19

    1.2.1. Requisitos que justifican su instalacin.... 20

    1.2.1.1. Volumen mnimo de vehculos (condicin A) 21

    1.2.1.2. Ininterrupcin del trnsito contino (condicin B)... 22

    1.2.1.3 Volumen mnimo de peatones (condicin C)... 24

    1.2.1.4. Movimiento o circulacin progresiva (condicin D)...... 25

    1.3. Distancia mxima para la colocacin del sensor de interrupcin.. 26

    1.4. Resultado esperado del estudio.. 29

    1.5. Objetivo general y Objetivos especficos.. 29

    1.5.1. General... 29

    1.5.2. Objetivos del anteproyecto.... 29

    CAPTULO II Mtodos para el control de trfico, uso de Semforos en el

    pasado y la actualidad

    Introduccion....................................................................................................................... 31

    2.1. Funcionamiento del Semforo..................................... 32

    2.2. Semforos pre sincronizados o no accionados por el trnsito 33

    2.2.1. Definicin..... 33

    2.2.2. Uso................................. 33

    2.3. Diseo de un sistema de semforos en un cruce vial 34

    2.3.1. Estudio necesario para el levante de sistemas semaforizdos 34

  • 2.3.1.1. Semforos de tiempo fijo y/o pre-sincronizados... 34

    2.3.1.2. Semforos accionados por el transito. 35

    2.3.1.2.1. Volumen vehicular... 35

    2.3.1.2.2. Circulacin transversal 35

    2.3.1.2.3. Volmenes en horas de mxima demanda.. 36

    2.3.1.2.4. Circulacin de peatones.. 36

    2.3.1.2.5. Antecedentes sobre accidentes.. 36

    2.3.1.2.6. Amplias fluctuaciones del trnsito... 36

    2.4. Sensores de ultrasonido..... 37

    2.4.1. Modos de funcionamiento del SRF-05... 38

    2.4.2. Modo1- Seal de activacin y eco independiente... 38

    2.4.3. Modo2- Pin nico para la seal de activacin y eco.. 39

    2.4.4. Como calcular la distancia. 41

    2.4.5. El otro conector de 5 pines... 41

    2.4.6. patrn y el ancho del haz... 42

    2.5. Micro-controladores de Atmel... 43

    2.5.1. Bloques fundamentales del micro-controlador... 45

    2.5.2. Arquitecturas RISC..... 46

    2.5.3. Micro-controlador ATmega 32 de ATMEL... 47

    CAPTULO III Diseo e implementacin del hardware del sistema

    Introduccion....................................................................................................................... 48

    3.1. Diseo Lgico.......................................................................... 48

    3.1.1. Tarjeta principal.. 50

    3.1.2. Interfaz para sensores (Interrupciones SRF-05)..... 51

    3.1.3. Interfaz para el conteo (Control de Displays).. 52

    3.1.4. Sistema de Displays y semforos................ 53

    3.2. Diseo Fsico...... 54

  • 3.2.1. Fuente de poder.... 54

    3.2.2. Tarjeta principal.......... 55

    3.2.2.1. Asignacin de puertos.. 55

    3.2.3. Tarjeta secundaria (Control de Displays)... 57

    3.2.4. Tarjeta terciaria (Sistema de sensores SRF-05)... 58

    3.2.5. Sistema de Displays y semforos.. 60

    CAPTULO IV Software del proyecto

    Introduccion....................................................................................................................... 61

    4.1. Paso a paso del software del proyecto........... 61

    4.1.1. Libreras principales del micro-atmega-32............ 62

    4.1.2. Variables de Seleccin de los sensores (SRF-05).......... 63

    4.1.3. Interrupciones que generaran los sensores (INT_0 - INT_1).... 63

    4.1.4. Asignando los puertos de entrada, salida y variables para el conteo.. 65

    4.1.5. Control de tiempos para los correspondientes cambios e interrupcin... 66

    4.1.6. Programacin para activar los Semforos, Displays e Interrupciones de los

    sensores.. 67

    4.1.7. Seleccin las variables voltiles int, char y bouble.. 71

    4.1.8. Ajuste de la distancia del rango de interrupcin... 72

    4.1.9. Configuracin de puertos para el micro-controlador. 77

    CAPTULO V Implementacin del proyecto

    Introduccion....................................................................................................................... 78

    5.1. Diseo de tarjetas en Eagle.... 78

    5.1.1. Tarjeta principal (ATmega 16).... 80

    5.1.2. Tarjeta secundaria-1 (Control de Displays)... 81

    5.1.2.1. Tarjeta secundaria-2 y 3 (Control de Displays)... 82

    5.1.3. Tercer tarjeta (Sistema de sensores).......... 83

  • 5.2. Imagen del sistema automtico....................................... 84

    CAPTULO VI Conclusiones del proyecto

    Conclusiones. 85

    Referencias. 87

  • LISTA DE IMAGENES

    pg.

    Imagen 1. Va evaluada para instalar los sensores.. 27

    Imagen 2. Central de control, en donde se cambian los tiempos de los semforos

    segn el trnsito vehicular... 33 Imagen 3. Sensor SRF-05. 37

    Imagen 4. Sensor SRF-05 vista frontal trasera... 38

    Imagen 5. Seal de activacin y eco independiente del SRF-05 en Modo 1. 39 Imagen 6. Sensor SRF-05 vista frontal trasera... 40

    Imagen 7. Seal de activacin y eco independiente del SRF-05 en Modo 2. 40

    Imagen 8. Medidas reales del SRF-05 en mm. 42

    Imagen 9. Patrn del haz de los transductores utilizados en el SRF05... 42

    Imagen 10. Arquitectura del ATmega-32.. 44

    Imagen 11. Micro-controladores Atmel. 45

    Imagen 12. ATmega 32. 47 Imagen 13. Pines para el ATmega 32......................... 47

    Imagen 14. Diagrama de bloques 49

    Imagen 15. Diagrama de bloques... 50

    Imagen 16. Diagrama de bloques... 51

    Imagen 17. Diagrama de bloques... 52

    Imagen 18. Diagrama de bloques... 53

    Imagen 19. Fuente de poder P4-600W... 55

    Imagen 20. Asignacin de pines de la Tarjeta principal... 56

    Imagen 21. Control de Displays. 57

    Imagen 22. Sistema de sensores SRF-05... 59

    Imagen 23. Sistema de Displays y Semforos... 60

  • Imagen 24. Diagrama de bloques segunda rutina para aumento de tiempo...........74

    Imagen 25. Diagrama de bloques primera rutina para aumento de tiempo.... 75

    Imagen 26. Diseo en Eagle... 79

    Imagen 27. Tarjeta principal ATmega 16-32.. 80

    Imagen 28. Tarjeta secundaria-1 Control de Displays. 81

    Imagen 29. Tarjeta secundaria-2 Control de Displays. 82

    Imagen 30. Tercera tarjeta Sistema de sensores.. 83

    Imagen 31. Imagen del sistema automtico 84

    Imagen 32. Imagen del sistema automtico 84

    Imagen 33. Imagen del sistema automtico 84

  • LISTA DE TABLAS

    pg.

    Tabla 1. Volumen mnimo de vehculos (Condicin A). 19

    Tabla 2. Volumen mnimo de vehculos (Condicin B). 21

    Tabla 3. Distancia mxima para la colocacin del sensor de interrupcin... 26

  • RESUMEN

    El punto central en esta investigacin est relacionado con la importancia de mejorar

    la fluidez del trnsito vehicular en las vas principales de la ciudad a las horas pico. El

    proyecto propone una solucin donde los tiempos de las luces de los semforos se

    modifiquen por medio de un sistema electrnico que el mismo trnsito vehicular

    accione, reduciendo de esta forma los apilamientos y el estrs de los ciudadanos.

    Esta propuesta surge del inters de aprovechar los recursos tecnolgicos en el rea de

    la automatizacin, con el fin de optimizar servicios aplicando as un buen sentido

    crtico y humano en la tecnologa.

    En este documento se reporta la propuesta de investigacin, el diseo fsico y el

    software del proyecto en seis captulos bien definidos. Se aplicarn todos los

    conocimientos electrnicos, matemticos, y fsicos necesarios en el transcurso de la

    carrera para su implementacin.

    Palabras Clave: Semforo, tiempos de semaforizacin, micro-controlador, sensores,

    hardware, software, pulso y fuente de poder.

  • 14

    CAPTULO 1: Propuesta de investigacin

    INTRODUCCIN

    Con el avance del tiempo y la tecnologa, el semforo se ha convertido en una seal

    bsica que regula el avance de los automviles. Actualmente cuenta con tres colores

    que determinan sus funciones: Verde (para avanzar), Amarillo (preventivo) y Rojo

    (para detenerse); e incluso cuentan con figuras digitales que indican el

    funcionamiento del mismo, aunque los semforos varen de diseo segn el pas, sus

    funciones son las mismas alrededor del mundo. En la actualidad existen

    aproximadamente unos mil-doscientos (1.200) semforos en cada ciudad del pas.

    La ubicacin de un semforo en un lugar particular de la ciudad depende de cual

    significante sea el trfico en la respectiva va. As mismo, este trfico determina la

    calibracin que se realice sobre el semforo para la sincronizacin del tiempo que

    cada color permanecer encendido. Una vez calibrado el semforo, este funciona y

    cambia sus luces independientemente del trfico actual en la va. Los semforos

    usualmente se sincronizan en grupos de dos o cuatro, que corresponde a los

    semforos en los cuatro sentidos que se tiene en una interseccin vial. A este grupo de

    semforos se les denominar estacin.

    Cada punto de la estacin depende del tiempo que la luz verde tarde en cambiar en los

    otros puntos de la misma. Es decir, si cualquiera de los puntos de la estacin est en

    luz verde y dicha luz tiene un tiempo de veinte (20) segundos, el siguiente punto

    demorar en cambiar de luz rojo a verde unos 20 segundos, Teniendo en cuenta los

    ocho a diez (8 - 10) segundos que se demora el cambio de un semforo al otro; el

    tiempo total para este semforo seran aproximadamente veintiocho (28) segundos,

    De esta forma el siguiente se incrementar el doble de tiempo, que seran unos

    cincuenta y seis segundos (56) y el ltimo a unos ochenta y cuatro (84) segundos.

  • 15

    As se cumplir el ciclo de luz verde para todos los semforos el cual se repetir de

    forma constante.

    Muchas veces ocurre que el trfico en una estacin es mayor en un sentido que en los

    otros. Sin embargo, el semforo no se adapta a esta situacin y contina con sus

    tiempos de luces inicialmente calibrados y/o sincronizados, sin importar si en alguno

    de los sentidos no hay carros; desperdicindose, as segundos de luz en verde. Este

    tiempo de espera intil disminuye el flujo de automviles en los otros sentidos

    ocasionando apilamientos, lo que desespera a los conductores, quienes en su afn de

    avanzar, no respetan las seales de trnsito cruzando en luz roja; que en ocasiones

    terminan en accidentes y sanciones por parte de los agentes de trnsito.

    Para disminuir el problema de accidentalidad y de prdida de tiempo en las vas

    semaforizdas ms principales de la ciudad ya que esto se debe a que el sistema

    electrnico quien comanda los tiempos y luces de estos cruces no se adaptan a las

    condiciones del trfico.

    Se plantea el diseo y la implementacin de un sistema electrnico accionado por el

    trnsito vehicular y basado en micro-controladores para que determine de forma

    automtica los tiempos de encendido de cada luz, de acuerdo al trfico presente en la

    estacin.

    Este sistema tendra una calibracin inicial pero sera capaz de ajustar los tiempos de

    las luces en rojo y verde para darle mayor tiempo a aquellos sentidos que cuenten con

    mayor trfico acumulado.

    1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

    Para la elaboracin de este proyecto se han estudiado dos (2) problemticas que

    tienen suma importancia en los sistemas electrnicos de los semforos actuales.

  • 16

    La primer problemtica; se debe a las horas pico; es decir, a las 6:30am, 12:30pm y a

    las 5:30pm, en un punto X semaforizado de la ciudad.

    Descartando que sea por un accidente y solo involucrando el tiempo de cualquiera

    de las vas semaforizadas ms transitadas de la ciudad. El tiempo en luz verde para

    que los automviles y motocicletas crucen la calle son muy cortos y los tiempos en

    rojo muy largos, debido a que hay que dar tiempo a los dems semforos de este cruce

    vial que se pongan en verde; as, el trfico ser cada vez ms lento y tendremos muy

    poca fluidez en la va, por lo tanto ser ms larga la espera en luz roja para los

    automviles que se van apilando uno tras otro. En este primer caso, podemos

    involucrar tambin el clima, ya que cuando llueve el problema se incrementa debido a

    que la visibilidad es muy poca; se debe conducir a muy baja velocidad, lo que hace que

    en alguna de las vas de la estacin se incremente el nmero de vehculos.

    Lo que se quiere en este proyecto es que los puntos semaforizados que contengan ms

    apilamientos y/o colas de automviles, tengan ms tiempo en luz verde ya que el

    problema real no es la alta espera en rojo, el problema es que se da tiempo en verde a

    veces en semforos que no tienen ningn auto o tienen muy pocos y se desperdicia

    tiempo de luz verde en este; siendo as, se le podra dar mejor a semforos con ms

    trnsito vehicular.

    La segunda problemtica: Este caso se debe a los cortes y/o apagones del fluido

    elctrico de la ciudad; ya que cuando sucede esto los semforos no funcionan, en su

    totalidad se apagan; entonces, los apilamientos de automviles sern ms

    significativos que la del primer caso, es ms, cuando el fluido elctrico retorna, los

    semforos quedan mal sincronizados debido a que su sistema principal no tiene uso

    de memoria para iniciar de nuevo esta sincronizacin en cada estacin semaforizda

    sin que haya manipulacin humana.

  • 17

    1.2. PLANTEAMIENTO DE SOLUCIN

    Estas problemticas a las cuales se enfrenta las directivas de la institucin de trnsito

    de la ciudad estn dadas ya que el sistema electrnico que maneja los semforos en

    los puntos generales de esta no estn basados en un sistema que le permita tomar

    decisiones por s mismo; de lo contrario, estos son controlados por temporizadores de

    un PLC (Controlador Lgico Programable) y quienes los programan o manipulan

    son los guardas de trnsito y/o tcnicos encargados.

    Esta problemtica cada vez es ms significativa, ya que se debe a que hoy en da el

    porcentaje de automviles en la ciudad es mucho ms grande al que se enfrentaba la

    secretaria de transito hace una dcada.

    Por lo tanto la solucin que se plantea para disminuir el problema, es el disear un

    dispositivo electrnico accionado por el trfico y comandado por un micro-

    controlador que nos permita aumentar-disminuir los tiempos en luz verde para las

    vas de X estacin en las que hayan ms apilamientos, de igual manera controlar

    aumentar-disminuir los tiempos en luz rojo para las vas que tengan poca fluidez de

    la misma estacin.

    De esta manera para darle inicio al proyecto, se realiz un pequeo estudio en donde,

    los conductores de automviles, motocicletas y los mismos peatones jugaron un papel

    importante en este. El estudio se realiz en algunos cruces viales de la ciudad estacin

    (Jardn Plaza, Capri y Rumbodromo), el cual const en evaluar la cantidad de vehculos

    que cruzaban en el volumen mnimo (no horas pico) y en la interrupcin de transito

    continuo (horas pico), en un solo sentido y en ambos sentidos de la calle principal e

    igualmente de la calle secundaria a una hora determinada; por cada hora trascurrida

    se tom nota para as dar paso a la siguiente hora hasta completar ocho (8) horas

    consecutivas.

  • 18

    De este se quiere como resultado un porcentaje muy significativo, si optamos por

    darle ms importancia en su momento a las vas que necesiten de tiempo en luz verde

    y menos en las que no, controlaramos ms la fluidez del trfico en estos y otros cruces

    de la ciudad.

    A continuacin veremos el resumen del estudio realizado para la satisfaccin del

    porcentaje adquirido.

    Las cantidades de vehculos que cruzaron por hora son adquiridas y evaluadas a

    tiempos reales, es decir, los valores que se muestran son indicadores reales tomados

    en los cruces crticos de la ciudad; en el caso, uno de estos puntos principales como

    objeto de investigacin, fue el cruce vial de Jardn plaza; que con lleva hacia las

    instituciones Universitarias, balnearios, destinos de recreacin familiar, tambin hacia

    las distinguidas Ciudades cercanas y veredas correspondientes a la misma:

    1.2.1. Requisitos que justifican su instalacin

    Este tipo de semforos se debe instalar y operar solamente si se satisfacen uno o ms

    de los requisitos o condiciones siguientes:

    A) Volumen mnimo de vehculos.

    B) Interrupcin del trnsito contino.

    C) Volumen mnimos de peatones.

    D) Movimiento o circulacin progresiva.

    Si el volumen de circulacin disminuye al 50% o menos de los volmenes mnimos

    especificados durante un lapso de cuatro horas consecutivas o ms, es conveniente

    que las operaciones normales de los semforos se sustituyan por operaciones de

    destellos o intermitentes, las cuales se deben restringir a no ms de tres perodos

    diferentes durante el da.

  • 19

    1.2.1.1. Volumen mnimo de vehculos (Condicin A)

    La condicin tabla N1, de volumen mnimo de vehculos, se entiende que es para ser

    aplicada donde el volumen de trnsito interceptnte es la razn principal para

    considerar la instalacin de un semforo.

    La condicin se cumple cuando en la calle principal y en los accesos de mayor flujo de

    la calle secundaria existen los volmenes mnimos indicados en la tabla siguiente en

    cada una de ocho horas de un da representativo.

    Aqu la intensidad del trnsito de las vas que se cruzan, es la principal justificacin.

    Los volmenes para las calles principal y secundaria corresponden a las mismas ocho

    horas.

    TABLA N1 Volumen mnimo de vehculos (Condicin A)

    NMERO DE CARRILES DE

    CIRCULACIN POR ACCESO

    VEHCULOS POR HORA EN LA CALLE

    PRINCIPAL (TOTAL EN AMBOS

    SENTIDOS)

    VEHCULOS POR HORA EN EL

    ACCESO DE MAYOR VOLUMEN DE LA

    CALLE SECUNDARIA (UN SOLO

    SENTIDO)

    Calle

    principal

    Calle

    secundaria

    Urbano Rural Urbano Rural

    1 1 300 550 90 270

    1 1 200 400 120 187

    1 2 mas 350 740 100 200

    2 mas 2 mas 250 550 100 100

    1 1 200 300 120 100

    1 1 250 600 90 165

    2 mas 2 mas 300 620 160 190

    1 2 mas 200 550 100 220

    Fuente: desarrollado por el autor del proyecto.

  • 20

    Los volmenes de trnsito de vehculos para las calles principal y secundaria

    corresponden a las mismas ocho horas. El sentido de circulacin del trnsito de mayor

    volumen en la calle secundaria puede ser por un acceso durante algunas horas y por la

    aproximacin opuesta durante las horas restantes.

    1.2.1.2. Interrupcin del trnsito contino (Condicin B)

    La condicin tabla N2, de interrupcin del trnsito continuo se entiende que es para

    ser aplicada donde las condiciones de operacin de una calle sean tales, que el trnsito

    de la calle secundaria sufra un retardo o riesgo indebido al entrar en la calle principal

    o al cruzarla.

    Este requisito se satisface cuando, durante cada una de las ocho horas de un da

    representativo, en la calle principal y en la aproximacin de mayor volumen de la calle

    secundaria. Se tienen los volmenes mnimos indicados en la tabla siguiente y si la

    instalacin de semforos no trastorna la circulacin progresiva del trnsito.

    Se aplica cuando las condiciones de operacin de la calle principal son de tan

    naturaleza que el trnsito en la calle secundaria sufre demoras, o riesgos excesivos, al

    entrar o cruzar la calle principal.

    Cuando suceden estos episodios, en donde, los vehculos no solo quedan apilados en

    su va, sino tambin sobre el cruce vial de las otras tres vas restantes, que en su

    momento se convierte en un caos mayor ya que todos los conductores de los vehculos

    involucrados en esto quieren ser los primeros en pasar el cruce vial, lo que ocasiona

    alborotos y/o choques pequeos entre estos.

  • 21

    TABLA N2 Volumen mnimo de vehculos (Condicin B)

    NMERO DE CARRILES DE

    CIRCULACIN POR ACCESO

    VEHCULOS POR HORA EN LA CALLE

    PRINCIPAL (TOTAL EN AMBOS

    SENTIDOS)

    VEHCULOS POR HORA EN EL ACCESO

    DE MAYOR VOLUMEN DE LA CALLE

    SECUNDARIA (UN SOLO SENTIDO)

    Calle

    principal

    Calle

    secundaria

    Urbano Rural Urbano Rural

    1 1 250 500 75 153

    1 1 170 380 90 135

    1 2 mas 250 530 100 265

    1 1 250 350 85 130

    2 mas 2 mas 330 500 100 170

    2 mas 1 150 530 75 260

    2 mas 2 mas 200 630 100 270

    1 2 mas 350 500 100 170

    Fuente: desarrollado por el autor del proyecto.

    Los volmenes en las calles principal y secundaria corresponden a las mismas ocho

    horas; Durante esas ocho horas, el sentido de circulacin del volumen mayor de la

    calle secundaria puede ser hacia una direccin durante algunas horas y hacia la otra

    durante las dems.

  • 22

    1.2.1.3. Volumen mnimo de peatones (Condicin C)

    Se satisface este requisito si durante cada una de cualquiera de las ocho horas de un

    da representativo se tienen los siguientes volmenes:

    A) Si entran 600 o ms vehculos por hora en la interseccin (total para ambos

    accesos), o si 1,000 o ms vehculos por hora entran a la interseccin en la calle

    principal, cuando existe una faja separadora con anchura mnima de 1.20 m.

    B) Si durante las mismas ocho horas mencionadas, cruzan 50 o ms peatones por hora

    en el cruce de mayor volumen correspondiente a la calle principal.

    Cuando la velocidad que comprende el 85% de vehculos exceda de 60 kilmetros por

    hora, o si la interseccin est en zona urbana de una poblacin con 10,000 habitantes

    o menos, el requisito de volumen mnimo de peatones se reduce al 70% de los valores

    indicados, en reconocimiento de las diferencias en la naturaleza y caractersticas de

    operacin del trnsito en medios urbanos y rurales y municipalidades ms pequeas.

    Un semforo instalado bajo esa condicin en una interseccin aislada, debe ser del

    tipo semi-activo por el trnsito con botones operados por los peatones que cruzan la

    calle principal.

    En conexin con semforos para el control del trnsito instalados en cruces escolares,

    queda entendido que un semforo no es nico remedio ni necesariamente la solucin

    correcta del problema complejo de los conflictos del trnsito entre los vehculos y los

    nios de la escuela.

    Los perodos cortos durante los cuales los riesgos son inusitadamente altos, con

    frecuencia son mejor dirigidos mediante el control de un oficial o guardias adultos de

    cruce.

  • 23

    En algunas circunstancias, los alumnos responden a las indicaciones del semforo en

    forma tan inadecuada que el semforo puede convertirse en un factor que contribuya

    a aumentar en vez de disminuir los accidentes. La reaccin ante el control de un oficial

    o los guardias de cruce adultos usualmente es menos incierta.

    1.2.1.4. Movimiento o circulacin progresiva (condicin D)

    Este requisito se satisface en calles asiladas de un sentido y donde los semforos, en

    caso de haber, estn muy distantes entre s para conservar los vehculos agrupados y a

    la velocidad deseada.

    El control del movimiento progresivo a veces demanda la instalacin de semforos en

    intersecciones donde en otras condiciones no seran necesarios, con objeto de regular

    eficientemente las velocidades de grupos compactos de vehculos.

    Se satisface el requisito correspondiente a movimiento progresivo en los dos

    siguientes casos:

    A) En calles con circulacin en un solo sentido o en calles en las que prevalece la

    circulacin en un solo sentido y en las que los semforos adyacentes estn demasiado

    distantes para conservar el agrupamiento compacto y las velocidades deseadas de los

    vehculos.

    B) En las calles de doble sentido de circulacin, cuando los semforos adyacentes no

    proveen el adecuado agrupamiento de vehculos ni el control de la velocidad y el

    semforo propuesto junto con los adyacentes pueden conformar un sistema

    progresivo de semforos.

    Un semforo instalado atendiendo este requisito debe basarse en la velocidad que

    comprende el 85% del trnsito, a menos que un estudio del caso especfico indique

  • 24

    Otra cosa. En ningn caso debe considerarse la instalacin de un semforo de acuerdo

    a este requisito si la separacin entre semforos resultase ser inferior a 300 metros.

    1.3. DISTANCIA MXIMA PARA LA COLOCACIN DEL SENSOR DE

    INTERRUPCIN

    La importancia de la cantidad de vehculos que cruzan en el momento en que la luz

    verde esta activa en un punto semaforizado; depende de la distancia (X) que se evala

    en su momento en que cualquier vehculo arranca y no alcanza a cruzar la va cuando

    la luz verde cambia a la luz roja.

    La distancia en la que se encuentra desde el semforo hasta el vehculo es demasiado

    extensa y as cada vez que cambie de color se multiplicara en dos la cantidad de autos

    que no alcanza a cruzar la va.

    Para llegar a esta distancia significativa en donde los apilamientos inician en las horas

    pico, es decir, tiempo de alto trnsito vehicular; se realiz un pequeo estudio en

    donde medir esta distancia fue lo ms favorable para saber dnde posicionaremos los

    sensores en cada va.

    Teniendo en cuenta que cada sensor trabajara independiente de los otros y por esto se

    aplicara cada estudio diferente a la va en donde se dispondr el sensor; es decir, se

    debe de evaluar la distancia en donde ira el sensor para cualquiera de las cuatro vas.

    Estos sensores son los que enviaran la seal de interrupcin para aumentar/disminuir

    los tiempos en las luces del cruce vial correspondiente. Las distancias que se

    evaluaron estn dadas en metros, el promedio de vehculos ser la cantidad que

    cruzaron en luz verde, el tiempo est dado en segundos y no es el que se muestra en

    los Displays cuando est activa la luz roja, es el tiempo que tarda activada la luz verde.

  • 25

    Igualmente que los sensores este tiempo es totalmente independiente de los otros

    tiempos.

    Al observar la siguiente img.1 que fue tomada en cuenta para la evaluacin entre las

    distancias que parten desde el punto del semforo e inician desde los 5 metros y

    finalizan a los 65 metros. Lo que se hizo fue evaluar en cada distancia las cantidades

    de vehculos que alcanzaron a cruzar antes de que el semforo retornara a la luz roja.

    Cuando se superan los 60 - 65 metros el apilamiento de vehculos, es decir, la cantidad

    que se dijo anteriormente que se duplica en dos aqu inicia.

    Semforo

    5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 >

    Img.1 Va evaluada para instalar los sensores

  • 26

    A continuacin tabla N3, mostraremos las estadsticas de las distancias que se

    evaluaron para satisfacer la mxima distancia en la que debern de instalarse los

    sensores de ultrasonido.

    TABLA N3 Distancia mxima para la colocacin del sensor de interrupcin

    DISTANCIA ENTRE

    SEMAFORO VEHICULO

    (M)

    TIEMPO DEL SEMAFORO EN

    VERDE (S)

    PROMEDIO DE

    VEHICULOS Q

    CRUZARON

    0 5 25 20 - 18

    0 10 25 18

    0 15 25 18

    0 20 25 17

    0 25 25 16

    0 30 25 14

    0 35 25 12

    0 40 25 10

    0 45 25 8

    0 50 25 8

    0 55 25 6

    0 60 25 4

    0 65 25 2

    > 65 25 0

    Fuente: desarrollado por el autor del proyecto.

  • 27

    1.4. RESULTADO ESPERADO DEL ESTUDIO

    Como resultado se busca obtener un procedimiento sencillo para mejorar la fluidez

    del trnsito, que consiste en poner a la distancia en donde inician los apilamientos de

    vehculos y a la altura mxima requerida por el ministerio de vas (4.50m), un sensor

    de ultrasonido quien en su tiempo activo enviara pulsos hacia el carril de esta va

    detectando el trancn cuando se genere este; a su vez inicia un conteo de

    interrupcin que al sobrepasar el lmite de este conteo, enva una seal de pulso a la

    tarjeta principal, quien con este pulso toma la decisin de cambiar los tiempos en

    todas las vas de acuerdo con lo programado, estos tiempos pueden variar entre (00 -

    99) segundos ya que solo se utilizaran dos Displays 7 segmentos por carril.

    1.5. OBJETIVO GENERAL Y OBJETIVOS ESPECFICOS

    1.5.1. General

    Realizar el diseo e implementacin del sistema electrnico para el control

    automtico de los tiempos de espera en rojo y de va en verde en los semforos.

    1.5.2. Objetivos del anteproyecto

    Con base en esta problemtica y la solucin planteada, se formularon los siguientes

    objetivos en la propuesta de este proyecto:

    1. Realizar un estudio sobre el comportamiento de la fluidez del trfico en un punto

    crtico de la ciudad.

    2. Estudiar los distintos sensores, realizar pruebas y seleccionar el sensor y el

    criterio de asignacin de tiempos en verde.

  • 28

    3. Simular el sistema utilizando los programas adecuados para circuitos electrnicos

    y software para el Micro-controlador a utilizar.

    4. Realizar pruebas en protoboard del sistema simulado para verificar que el

    funcionamiento sea el esperado.

    5. Implementar el prototipo del sistema Autnomo a escala.

  • 29

    CAPTULO 2: Elementos principales del sistema

    INTRODUCCIN

    De acuerdo a la problemtica mencionada en el planteamiento del problema, este

    proyecto plantea el diseo de un sistema electrnico para que automticamente y

    aprovechando los vehculos quienes son los que juegan el papel ms importante en

    este, accionen el sistema de acuerdo a el trnsito vehicular en el trascurso del da y

    cada vez que hayan apilamientos este decida dar ms tiempo en verde en la va donde

    se necesite.

    Este prototipo tiene un mdulo de medicin, donde un emisor lanza un tren de pulsos

    ultrasnicos con una frecuencia en el orden de los 38 a 50 KHz y el receptor espera el

    rebote. Se mide el tiempo entre la emisin y el retorno, lo que da como resultado la

    distancia entre el emisor y el objeto donde se produjo el rebote. Esta medicin se

    calcula teniendo en cuenta la velocidad del sonido en el aire, que si bien vara segn

    algunos parmetros ambientales, como la presin atmosfrica, igualmente permite

    una medicin bastante precisa.

    El sistema electrnico estar comandado por micro-controladores; dispositivos que

    estn presentes en muchos de los productos electrnicos que empleamos en nuestra

    vida cotidiana.

    Este captulo presenta las principales caractersticas de los micro-controladores y

    sensores usados en el proyecto. Adems da un breve repaso al funcionamiento y

    caractersticas de los semforos.

  • 30

    2.1. FUNCIONAMIENTO DEL SEMFORO

    Los semforos se colocan principalmente en los cruces de las calles y actan por

    interruptores automticos que regulan los tiempos y las luces mediante dispositivos

    especiales. De hecho estn accionados por un temporizador, a su vez dirigido por un

    ordenador.

    Algunos semforos de las grandes ciudades europeas estn dirigidos por un

    ordenador conectado a la central de control de trfico y a un detector instalado junto

    al cruce de vas, que seala al ordenador la intensidad del trfico. Los detectores estn

    dotados de circuitos elctricos que emiten una seal cada vez que un objeto metlico

    (en este caso un vehculo) pasa junto a ellos, es decir, un sistema que detecta objetos

    cuenta la cantidad de vehculos que pasan por el cruce del semforo en un

    determinado tiempo y esta informacin es enviada a la central de trfico para que el

    tiempo que se necesite de ms o de menos en un cruce, lo ajusten desde la misma.

    Adems un ordenador centralizado puede regular toda una serie de semforos de

    forma que permita una buena fluidez del trfico.

    La sincronizacin de los semforos en las grandes ciudades hace posible, por ejemplo,

    que el conductor mantenga una velocidad constante. Este avance tecnolgico para el

    control de trfico, no est implementado en todos los semforos, solo en algunos

    puntos crticos de estas ciudades, En la Img.2 podemos observar una central de

    control en donde se puede controlar algunos semforos de los cruces viales ms

    transitados en una ciudad Europea.

  • 31

    Img.2 Central de control, en donde se cambian los tiempos de los semforos segn el trnsito vehicular

    2.2. SEMFOROS PRE SINCRONIZADOS O NO ACCIONADOS POR EL

    TRNSITO

    2.2.1. Definicin

    Un semforo pre sincronizado es un dispositivo para el control del trnsito que regula

    la circulacin haciendo detener y proseguir el trnsito de acuerdo a una programacin

    de tiempo determinado o a una serie de dichas programaciones establecidas.

    Las caractersticas de operacin de los semforos pre sincronizados, tales como

    duracin del ciclo, intervalo, secuencia, desfasamiento, etc., pueden ser cambiadas de

    acuerdo a un programa determinado.

    2.2.2. Uso

    Los semforos de control pre sincronizados se adaptan mejor a las intersecciones

    donde los patrones del trnsito son relativamente estables y constantes, o donde las

    variaciones del trnsito que se registran pueden tener cabida mediante una

    programacin pre sincronizado sin causar demoras o congestin no razonables.

  • 32

    El control pre sincronizado es particularmente adaptable a intersecciones donde se

    desee coordinar la operacin de semforos con instalaciones existentes o planificadas

    en intersecciones cercanas en la misma calle o calles adyacentes.

    2.3. DISEO DE UN SISTEMA DE SEMFOROS EN UN CRUCE VIAL

    2.3.1. Estudio necesario para el levante de sistemas semaforizdos

    Se debe efectuar previamente una investigacin de las condiciones del trnsito y de

    las caractersticas fsicas de la interseccin vehicular, para determinar si se justifica la

    instalacin de semforos y para proporcionar los datos necesarios para el diseo y la

    operacin apropiada de un semforo.

    Hay dos diseos bsicos:

    2.3.1.1. Semforos de tiempo fijo y/o pre-sincronizados

    Los semforos de tiempo fijo y/o pre-sincronizados, se utilizan en intersecciones

    donde los patrones de transito son relativamente estables. Los controles de tiempo

    fijo, se adaptan especialmente a intersecciones en las que se desea sincronizar el

    funcionamiento de los semforos con los de otras instalaciones prximas. El control

    de tiempo fijo sin mecanismo de sincronizacin es aconsejable para intersecciones

    aisladas de poca importancia, de las que no se prev necesidad de coordinar con otras.

    Existe un sistema de control de tiempo fijo con mecanismo de sincronizacin,

    accionado por un motor, que se usa para intersecciones aisladas cuando se prevea la

    necesidad de coordinar stas con otros semforos, o que el semforo sea supervisado

    por un control maestro.

  • 33

    2.3.1.2. Semforos accionados por el transito

    La caracterstica principal de la operacin de semforos accionados por el trnsito es

    que la duracin de los ciclos responde en general a las variaciones en la demanda de

    trnsito vehicular. Se distingue un tercer tipo de control cuando las indicaciones en los

    controles de cierta zona varan de acuerdo con informacin recibida sobre

    fluctuaciones del trnsito. Para instalar semforos accionados segn el trnsito

    vehicular, deben analizarse algunos factores, como sigue a continuacin:

    2.3.1.2.1. Volumen vehicular.

    Se tiene en cuenta que en las intersecciones donde el volumen de trnsito de vehculos

    no justifica la instalacin de semforos no accionados, se pueden instalar semforos

    accionados por el trnsito si hay otras condiciones que justifiquen la necesidad de su

    instalacin, como ejemplo, en las salidas y /o entradas a la ciudad y tambin en las

    calles ms transitadas de esta.

    2.3.1.2.2. Circulacin transversal.

    Cuando el volumen del trnsito en la calle principal es demasiado intenso que

    restringe y provoca conflictos a la circulacin transversal de vehculos y de peatones,

    es decir, cuando en el cruce vial se puede voltear hacia todas la direcciones posibles se

    crean ms posibilidades de accidentes y apilamientos, lo que concierne, se deben

    instalar semforos accionados por el trnsito para permitir el paso a la circulacin

    secundaria. En estos casos, se hace necesario limitar los tiempos correspondientes a la

    indicacin de luz verde para el flujo transversal.

  • 34

    2.3.1.2.3. Volmenes en horas de mxima demanda.

    Cuando se requieran semforos en una interseccin exclusivamente durante las horas de mxima

    demanda y/o horas pico, se pueden instalar semforos accionados por el trnsito si se

    justifican econmicamente, puesto que en otras horas no ocasionan demoras

    inconvenientes.

    2.3.1.2.4. Circulacin de peatones.

    Cuando nicamente se tienen los volmenes mnimos de peatones especificados para

    semforos no accionados, pueden ser preferibles los semforos accionados por el

    trnsito, ya que nicamente detendrn la circulacin de vehculos cuando crucen los

    peatones.

    2.3.1.2.5. Antecedentes sobre accidentes.

    Cuando slo se satisface el requisito mnimo relativo a antecedentes sobre accidentes,

    especificado por las estadsticas que un mnimo porcentaje de accidentes en los cruces

    ms transitados es de un 45.75 por ciento y que este solo se aprueba para los cinco

    primeros meses de cada ao, de esta forma debe tomar en consideracin la

    posibilidad de instalar semforos accionados por el trnsito.

    2.3.1.2.6. Amplias fluctuaciones del trnsito.

    En los casos en que los volmenes de trnsito en las calles concurrentes varen

    considerablemente, el semforo accionado por el trnsito resultar ms eficaz en las

    vas tales como: Centro de la ciudad, salida-entrada de esta misma, calles y avenidas

    principales en donde a las horas pico hay ms trnsito vehicular continuo.

  • 35

    2.4. SENSORES DE ULTRASONIDO

    Para el diseo del sistema electrnico planteado, se utilizaron mdulos ultrasnicos,

    SRF de Devantech (SRF-02, 04, 05, 08, 10), que son capaces de detectar objetos a una

    distancia de hasta 6 metros, adems de conectarse al micro-controlador mediante un

    bus I2C para lograr aprovechar por medio de una rutina el haz que enva este y poder

    detectar la interrupcin deseada para el proyecto.

    En este proyecto utilizamos el sensor SRF-05, un sensor ultrasnico de distancia de

    bajo costo, usado comnmente en robots, pero no necesariamente limitado a ese uso.

    El sensor medidor de distancia SRF-05 es un sensor Ultrasnico capaz de medir

    distancias de hasta 5 metros.

    El SRF-05 Img.3 es una versin actualizada del sensor SRF04; bsicamente tiene tres

    mejoras respecto a su antecesor. La primera es la incorporacin de un led en su parte

    trasera que nos indica el buen funcionamiento de ste. La segunda mejora es el

    aumento de la distancia que pasa de 4 a 5 metros. La ltima y no por ello menos

    importante, es el modo de funcionamiento de ste, permite utilizar el mismo sistema

    que su antecesor (utilizando dos pines) y el nuevo modo que simplifica el sistema

    utilizando un nico pin.

    Img.3 Sensor SRF-05

  • 36

    2.4.1. Modos de funcionamiento del SRF-05

    La investigacin que se hizo para lograr escoger este mdulo ultrasnico SRF05 nos

    permite enterarnos que el sensor incluye un breve retardo despus del pulso de eco

    para dar a los controladores ms lentos el tiempo necesario para ejecutar sus pulsos

    en los comandos.

    Estos sensores SRF05 tiene dos modos de funcionamiento, segn se realicen las

    conexiones.

    2.4.2. Modo1- Compatible con SRF04 Seal de activacin y eco independiente

    El modo1 Img.4-5 utiliza pines independientes para la seal de inicio de la medicin y

    para retorno del eco, siendo el modo ms sencillo de utilizar. Todos los ejemplos de

    cdigos para el sensor SRF04 funcionarn para SRF05 en este modo. Para utilizar

    este modo, simplemente deber dejar sin conectar el pin de modo; el SRF05 integra

    una resistencia pull-up en este pin.

    Img.4 Sensor SRF-05 vista frontal trasera

  • 37

    DIAGRAMA DE TIEMPOS DEL SRF-05 EN MODO 1

    Pulso de inicio 10 uS mnimo

    Entrada pulso De inicio del SRF-05

    Tren de impulsos de 8 ciclos

    Secuencia de pulsos Ultrasnico emitido Por el SRF-05 Pulso de Eco-100uS a 25uS espera mxima De 30uS si no se detecta un objeto

    Pulso de salida Del SRF-05

    Img.5 Seal de activacin y eco independiente del SRF-05 en Modo 1

    2.4.3 Modo2- Pin nico para la seal de activacin y eco

    Aqu en el modo2 Img.6-7; utilizamos un nico pin para las seales de activacin y

    eco, se utiliza para reducir el nmero de pines en el micro-controlador. Para utilizar

    este modo, conectamos el pin de modo al pin de tierra de 0v. La seal de eco aparecer

    en el mismo pin que la seal de activacin. El SRF05 no elevar el nivel lgico de la

    lnea del eco hasta 700uS despus del final de la seal de activacin.

    Dispone de ese tiempo para cambiar el pin del disparador y convertirlo en una

    entrada para preparar el cdigo de medicin de pulsos. El Comando PULSIN integrado

    en la mayor parte de los controladores del mercado lo hace automticamente.

  • 38

    Img.6 Sensor SRF-05 vista frontal trasera

    DIAGRAMA DE TIEMPOS DEL SRF-05 EN MODO 2

    Pulso 10 uS mnimo Pulso de Eco-100uS a 25uS tiempo de espera

    Mxima de 30uS si no se detecta un objeto

    Entrada pulso de

    Inicio y salida de eco

    Tren de impulsos de 8 ciclos

    Secuencia de pulsos

    Ultrasnico emitido

    Por el SRF-05

    Img.7 Seal de activacin y eco independiente del SRF-05 en Modo 2

  • 39

    2.4.4. Como calcular la distancia

    A continuacin se muestran todos los diagramas de tiempo para el sensor de

    distancias por ultrasonido SRF05 para cada modo, deber suministrar un breve pulso

    de al menos 10uS para disparar la entrada de comienzo del clculo de distancia. El

    SRF05 transmitir una rfaga de 8 ciclos de ultrasonidos a 40khz elevando el nivel

    lgico de la seal del eco (o la lnea de activacin en el modo 2). Entonces el sensor

    "escucha" un eco, y en cuanto lo detecta, vuelve a bajar el nivel lgico de la lnea de

    eco.

    El SRF05 proporciona un pulso de eco proporcional a la distancia. Si el ancho del

    pulso se mide en us, el resultado se debe dividir entre 58 para saber el equivalente en

    centmetros, y entre 148 para saber el equivalente en pulgadas.

    ( ) ( )

    Equivalente en centmetros

    ( ) ( )

    Equivalente en pulgadas

    El SRF05 puede activarse cada 50ms, o 20 veces por segundo. Debera esperar 50ms

    antes de la siguiente activacin, incluso si el SRF05 detecta un objeto cerca y el pulso

    del eco es ms corto. De esta manera se asegura que el "bip" ultrasnico ha

    desaparecido completamente y no provocar un falso eco en la siguiente medicin de

    distancia.

    2.4.5. El otro conector de 5 pines

    El fabricante tiene en este mdulo Img8. 5 pines marcados como "programan pinos"

    (pines de programacin) se utilizan slo una vez durante el proceso de fabricacin

    para programar la memoria Flash en el chip del PIC16F630.

  • 40

    Los pines de programacin de PIC16F630 se utilizan tambin para realizar otras

    funciones en el SRF05, por lo que deber asegurarse de que nada est conectado a

    ellos o se interrumpir el funcionamiento de los mdulos.

    Img.8 Medidas reales del SRF-05 en mm

    2.4.6. Patrn y ancho del haz

    Las caractersticas del haz que emite el sensor de ultrasonido no lo puede cambiar el

    usuario segn el fabricante, pero si existe una forma compleja para cambiar el ancho

    de haz. Como recomendacin y antes de que se adquiera este mdulo de ultrasonido

    se debe de saber muy bien a que se va a emplear y para qu. El patrn del haz del

    sensor SRF05 es cnico mientras que el ancho del haz es una funcin del rea de la

    superficie de los transductores y es fijo. El patrn del haz de los transductores

    utilizados en el SRF05 Img.9, segn la hoja de datos de los fabricantes, es la siguiente:

    Img.9 Patrn del haz de los transductores utilizados en el SRF05

  • 41

    2.5. MICRO-CONTROLADORES DE ATMEL

    El micro-controlador Atmel Img. 10-11 es un circuito Integrado o chip que incluye en

    su interior las tres unidades bsicas de una computadora: Unidad central de

    procesamiento (CPU), Memoria y unidades de E/S. Pueden tener ms dispositivos

    dentro de ellos mismo como Convertidores DAC, ADC, timers, PWM, USART, UART,

    SPI, Comparadores, Interfaz USB, Ethernet, Controladores de LCD, etc. Dependiendo

    de los mdulos extras que tenga es su precio y complejidad.

    En este documento y/o proyecto se aprovecha esa unidad presente en la diversidad

    para aplicar los fundamentos del diseo y la programacin del micro-controlador.

  • 42

    Img.10 Arquitectura del ATmega-32

  • 43

    Img.11 Micro-controladores Atmel

    2.5.1. Bloques fundamentales del micro-controlador

    En un micro-controlador encontramos como elementos principales la CPU (de sus

    inciales en ingls), la memoria, la entrada y salida (I/O). Los bloques se conectan

    entre s mediante grupos de lneas elctricas denominadas buses.

    Los buses pueden ser de direcciones (si transportan direcciones de memoria o de

    entrada y salida), de datos (si transportan datos o instrucciones) o de control (si

    transportan seales diversas). La CPU es el cerebro de la microcomputadora y acta

    bajo el control del programa almacenado en la memoria. La CPU se ocupa de traer las

    instrucciones del programa desde la memoria, interpretarlas y hacer que se ejecute.

    La CPU tambin incluye los circuitos para realizar las operaciones aritmticas y

    lgicas elementales con los datos binarios, en la denominada ALU unidad aritmtica

    lgica.

  • 44

    En una microcomputadora, la CPU no es otra cosa que el microprocesador, el circuito

    capaz de realizar las funciones antes mencionadas.

    2.5.2. Arquitecturas RISC

    RISC (Reduced Instruction Set Computer) son dos modelos generales de

    computadoras, desde el punto de vista de la concepcin de su repertorio de

    instrucciones, lo cual repercute directamente sobre la arquitectura del CPU.

    Una computadora RISC tiene un repertorio de instrucciones reducido. Al aparecer los

    microprocesadores y los micro-controladores, la tendencia inicial fue proveerlos de

    un repertorio de instrucciones lo ms potente posible.

    La complejidad de las instrucciones fue en aumento; en un mismo repertorio haba

    instrucciones que hacan operaciones simples, como por ejemplo mover un dato desde

    la memoria del acumulador, junto a otras que efectuaban operaciones tan complejas

    como mover una cadena de datos de un lugar a otro en la memoria. Las instrucciones

    tenan diferente longitud y los modos de direccionamiento se hicieron cada vez ms

    elaborados. Este aumento en la complejidad de las instrucciones se reflej, por

    supuesto, en la complejidad del hardware de la CPU, en el que se haca necesario

    dedicar un gran espacio del circuito integrado a la decodificacin y ejecucin de

    instrucciones.

    En la arquitectura RISC, la CPU dispone de un repertorio corto de instrucciones

    sencillas. Cada instruccin puede realizar una operacin muy simple, como mover un

    dato entre la CPU y la memoria, pero a alta velocidad. Se puede lograr que todas las

    instrucciones tengan la misma longitud. Hay pocos modos de direccionamiento de los

    datos y son aplicables a todas las celdas de memoria de datos.

  • 45

    La complejidad de la CPU disminuye, de modo que es fcil aumentar la frecuencia del

    oscilador de la CPU y con ello la velocidad de las instrucciones. Como tiene menos

    transistores, son ms baratas de disear y producir.

    2.5.3. Micro-controlador ATmega 32 de ATMEL

    El micro-controlador Img.12 y 13, que estudiaremos en este captulo; es un

    dispositivo construido con tecnologa CMOS, para tener menor consumo de energa,

    de 8 bits basados en arquitectura RISC, capaces de ejecutar instrucciones en cada ciclo

    de reloj y una estructura bien definida de entradas/salidas (I/O) que limitan el uso de

    dispositivos externos. Poseen osciladores internos, timers, USART, SPI, PWM, ADC,

    watchdog timer, comparadores analgicos entre otras cosas, adems soportan la

    programacin en Assembler, Basic, Bascon, lenguaje C, C++ entre otros.

    Img.12 ATmega 32 Img.13 Pines para el ATmega 32

  • 46

    CAPTULO 3: Diseo e implementacin del hardware del sistema

    INTRODUCCIN

    No existe un mtodo, ni consenso para definir cul es la mejor forma de disear un

    sistema electrnico automtico para el control de los tiempos de los semforos en las

    vas del mundo. Muchas veces el hombre lo define como una copia de un sistema

    propio ya existente.

    El diseo de un sistema electrnico automtico, est regido por los objetivos que

    deban cumplir el proyecto para satisfacer su implementacin. En nuestro caso; lo

    principal es poderlo usar para la investigacin sobre electrnica automtica, visin

    sensorial y sub-sistemas entre s.

    Partiendo de lo anterior; el sistema automtico deber ser capaz de realizar los

    cambios apropiados en los tiempos de las luces y a la vez ha de poseer varios niveles

    de abstraccin separados entre s, de forma muy clara; dado que tambin ha de ser un

    sistema para la enseanza. Si dispusiera de multitud de partes interrelacionadas de

    forma poco clara, complicara su uso y el tiempo se malgastara en comprender y

    hacer funcionar el sistema en lugar de focalizarse en lo que realmente es importe en

    cada actividad.

    3.1. DISEO LGICO

    Si nos miramos a nosotros mismos conduciendo un automvil; veremos un ejemplo de

    un sistema automtico muy avanzado que dispone de sus sensores, su sistema de

    locomocin y su unidad de Proceso; por lo que tomarnos de ejemplo nosotros mismos,

    es algo muy natural.

  • 47

    As se hizo para organizar este sistema. Si observamos la (Img.14), como el diagrama

    indica, disponemos de una interfaz de proceso y programacin que se har desde un

    ordenador, que hara la funcin de sub-cerebro, luego tenemos un circuito con un

    micro-controlador, que se encarga de unificar en una sola interfaz la gran mayora del

    hardware de bajo nivel, si continuamos con nuestra comparacin este sera nuestro

    cerebelo; descarga al cerebro de tareas rutinarias o de controlar al detalle otros

    dispositivos. Por ltimo tenemos el hardware (Nuestro cuerpo y sus sensores) que es

    lo que permite interactuar con el medio.

    Img.14 Diagrama de bloques

    PROGRAMADOR - USB PC Tarjeta principal

    (Micro-

    controlador)

    Tercera tarjeta Interfaz para

    Sensores (Micro-controlador)

    DIAGRAMA DE BLOQUES

    Interfaz semforos

    (sub - Tarjetas)

    Interfaz del conteo Displays (Tarjeta

    secundaria)

  • 48

    3.1.1. Tarjeta principal

    En la tarjeta principal se sita nuestra unidad de control (Img.15) que nos permite

    gestionar todo el hardware de bajo volumen de datos muy diferente entre s. La

    Tarjeta principal tiene la capacidad de gobernar los dispositivos de actuacin sobre

    el medio como pueden ser los contadores, las diferentes luces de los semforos y

    posee un sistema que tiene por misin interrogar a los sensores segn se le ordene

    y/o programe.

    La Tarjeta principal se tiene la capacidad de comunicarse con el micro-controlador

    de la tercera tarjeta (Interfaz de sensores), el cual da un soporte bsico y nos permite

    aprovechar mucho ms los dos micro-controladores. Sobre este sistema se ejecutan

    unas tareas, cada tarea o mdulo, tiene ciertas responsabilidades que a su vez pueden

    variar segn la necesidad como se ha nombrado anteriormente, esa variacin de

    tareas las hace el programador.

    La Tarjeta principal que forma parte de mdulo interfaz reparte las rdenes segn su

    naturaleza a los dems mdulos, estos ejecutarn la orden y pueden o no devolver un

    resultado, tambin pueden enviar datos peridicamente segn la sintaxis del

    programa y lo que se desee en el sistema y sub-sistemas.

    Img.15 Diagrama de bloques

    Tarjeta principal (Micro-controlador ATmega 16)

    SEMAFOROS

    Codificador 74LS137

    Latches 74LS373

  • 49

    3.1.2. Interfaz para sensores (Interrupciones SRF-05)

    La interfaz para los sensores Img.16; est basada en la comunicacin por medio de los

    pines que fueron asignados desde el segundo micro-controlador y tendr un enlace

    externo (cable de comunicacin para sensores de ultrasonido) hacia los

    dispositivos SRF-05.

    La importancia de la tarjeta para la interfaz de sensores es de muy alto porcentaje, ya

    que este dispositivo es el que gobernara los cambios que se harn en los Displays 7

    segmentos para el conteo de los peatones; lo que concierne, no debe tener el ms

    mnimo margen de error, porque si esto sucediera el sistema no funcionara como se

    quiere en el proyecto. Los sensores 1 y 3 estarn conectados a un mismo pin de

    seleccin de sensor, ya que en las dos vas en que se estn utilizando estos sensores 1

    y 3; los vehculos solo pueden dirigirse a un solo sentido, que en el caso solo pueden ir

    al frente, el sensor 2 solo funciona para la va 2.

    SENSOR-1 SENSOR-2 SENSOR-3

    Img.16 Diagrama de bloques

    INTERFAZ PARA SENSORES (MICRO-CONTROLADOR

    ATMEGA 32)

    Demultiplexor 74LS157

    LCD 16X2

  • 50

    3.1.3. Interfaz para el conteo (Control de Displays)

    Este diagrama de la tarjeta Img.17 controlara los cambios del conteo que se debe

    realizar en los Displays 7 segmentos; segn el tiempo fijo programado y si hay

    interrupcin en cualquiera de los sensores SRF-05 aumentar el tiempo dado para

    este. El sistema estar alimentado con 5V directamente desde la tarjeta reguladora de

    tensin por medio de un cable comunicador.

    Img.17 Diagrama de bloques

    Tarjeta principal (Micro-controlador ATmega

    16)

    74LS373

    Codificador 74LS137

    74LS373

    74LS373

    74LS373

    74LS373

    74LS373

    74LS373

    74LS373

  • 51

    3.1.4. Sistema de Displays y semforos

    Desde la tarjeta principal se asignaron los pines que se encargarn de encender de

    una forma muy sincronizada los colores de cada semforo de la va correspondiente

    Img.18.

    Estos respondern individualmente segn el software programado; en su caso, el

    tiempo que tarda en cambiar cada color, ser el mismo que se le asign a las

    interrupciones que enviaran los sensores (SRF-05), si y solo si hay interrupcin; si no

    hay interrupcin, el tiempo de los semforos es el que se repite despus de terminado

    cada ciclo de la estacin.

    A partir del control de Displays; saldr un cable que se encargara de activar los 7

    segmentos correspondientes donde se visualizara el conteo actual del sistema

    automtico.

    Img.18 Diagrama de bloques

    Control de Displays (Tarjeta secundaria)

    Fuente de poder 110V AC a 12V - 5V DC

    Micro-controlador (ATmega 32)

    Display 2

    Semforo 3

    Semforo 4

    Semforo 2

    Semforo 1

    Display 7

    Display 5

    Display 6

    Display 8

    Display 3

    Display 1 Display 4

  • 52

    3.2. DISEO FSICO

    A continuacin haremos una descripcin fsica del sistema y sub-sistemas; nos

    basaremos en 5 apartados, segn su importancia en el proyecto comenzaremos de

    arriba hacia abajo.

    Se realizaron las tarjetas por separado ya que cabe la importancia si en un futuro se

    ejecuta un error o dao se pueda acceder con facilidad a un cambio y/o arreglo en

    cualquiera de estas.

    3.2.1. Fuente de poder

    La fuente de poder P4-600W Img.19 fuente de alimentacin o fuente de energa

    es una fuente elctrica, un artefacto activo que puede proporcionar corriente

    elctrica gracias a la generacin de una diferencia de potencial entre sus bornes. Se

    disea a partir de una fuente ideal, que es un concepto utilizado en la teora de

    circuitos para analizar el comportamiento de los componentes electrnicos y los

    circuitos reales.

    La fuente de alimentacin se encarga de convertir la tensin alterna de la red

    industrial en una tensin casi continua. Para esto consta de un rectificador, fusibles y

    otros componentes que le permiten recibir la electricidad, regularla, filtrarla y

    adaptarla a las necesidades de la computadora o un sistema electrnico.

    Es importante cuidar la limpieza de la fuente de poder; de lo contrario, puede

    acumular polvo que obstruya la salida de aire. Al aumentar la temperatura, la fuente

    puede recalentarse y quemarse, dejando de funcionar. Una falla en la fuente de poder

    incluso puede perjudicar a otros componentes del sistema al que se est alimentando.

  • 53

    Img.19 Fuente de poder P4-600W

    3.2.2. Tarjeta principal

    Como se nombr en el diagrama de bloques; la Tarjeta principal tiene la capacidad

    de gobernar todos los dispositivos de actuacin del sistema.

    Este micro-controlador que tiene el 80% del software que ms adelante se describe

    este captulo; tendr la libertad de manejar muy sincronizada-mente los cambios de

    las distintas luces de los cuatro semforos, por medio de un pin seleccionara el sensor

    a utilizar en cada va, tendr la interfaz para conexin con la tarjeta de Control de

    Displays; que es la que se hizo para la expansin de puertos, estarn las entradas de

    interrupcin que los sensores enviaran que sern (INT0, INT1) y nos permite

    aumentar/disminuir los tiempos de los semforos segn el trfico; por ltimo, un

    pulsador que me permite darle Reset a todo el sistema para mirar posibles errores

    y/o pruebas futuras.

    3.2.2.1. Asignacin de puertos

    A continuacin en la img.20, Veremos la asignacin de los puertos y pines para cada

    caso anteriormente dicho en el micro-controlador de la tarjeta principal.

  • 54

    Puerto A0, A1, A2 (Semforo 1)

    Puerto A4, A5, A6 (Semforo 2)

    Puerto D0, D1, D4 (Semforo 3)

    Puerto D5, D6, D7 (Semforo 4)

    Puerto A7 (Seleccin sensor)

    Puerto D2, D3, (INT0, INT1-2) Interrupcin de Sensores

    Puerto C0, C1, C2 (Seleccin al 74LS137)

    Puerto B0, B1, B2, B3, B4, B5, B6, B7 (BCD Conector expansin)

    Pin 9 (Reset)

    Img.20 Asignacin de pines de la Tarjeta principal

  • 55

    3.2.3. Tarjeta secundaria (Control de Displays)

    Esta tarjeta img.21, Recibir por medio de un conector Molex de 3 pines que vendr

    de la principal para seleccionar los Latches que encendern los Displays 7 segmentos

    correspondientes para visualizar el conteo actual; es importante aclarar que el puerto

    B del micro-controlador se est utilizando como BCD a 7 segmentos para as poder

    hacer expansin de puerto, este se comunica con un conector Molex de 7 pines a cada

    74LS373 Latches.

    Consta de un 74LS137 que es un Decodificador/Demultiplexor de 3 a 8 lneas quien se

    encarga por medio de los 74LS04 que son inversores de bit activar el Latches que se

    necesita para dicho conteo en los Displays.

    Img.21 Control de Displays

  • 56

    3.2.4. Tarjeta terciaria (Sistema de sensores SRF-05)

    El micro-controlador img.22, que comanda esta tarjeta tiene el 20% del software

    restante para la satisfaccin del proyecto; est basada por un 74LS157 que es un

    selector multiplexor de 2 a 1; es decir, como se ve en la imagen hay cuatro pares de

    entradas (1A, 1B), (2A, 2B), (3A, 3B), (4A, 4B) y cuatro salidas dependientes a cada

    par de entrada (1Y), (2Y), (3Y), (4Y).

    Para el proyecto solo se utilizaron (1A, 1B) como entradas que vienen de cada Echo

    output del sensor y su correspondiente salida que es (1Y); si se desea utilizar ms

    sensores, solo tendramos que utilizar los tres (3) pares restantes.

    El Trigger de cada sensor SRF necesita de una seal para que este funcione

    correspondiente-mente a lo que deseamos, en el micro-controlador utilizado para esta

    fase se asign el pin D5; el cual enviara a los sensores la seal necesaria para excitar el

    Trigger de estos que a su vez emite la seal por ultrasonido y de nuevo la recibe para

    evaluar una posible interrupcin.

    Tenemos una LCD que nos indica en su momento que sensor est funcionando; de

    igual forma se podr visualizar el conteo que debe de realizar si por algn motivo hay

    una interrupcin, para que despus de un lapso de tiempo mande la seal de

    interrupcin a la tarjeta principal por medio de (INT0, INT1-2) para que esta

    aumente/disminuya el tiempo de las luces en los semforos.

    El pin de seleccin sensor puerto D7 que se observa en la imagen viene de la tarjeta

    principal, que est programada para que mande un bit (0, 1) cada lapso de tiempo

    programado y as poder seleccionar el sensor que se desea activar; es decir, cuando

    manda un cero (0) activa el sensor_0 y cuando manda un uno (1) activa el sensor_1;

    de esta forma los sensores que se pongan tambin estarn sincronizados uno con el

    otro segn se necesite.

  • 57

    El uso de esta tarjeta es importante ya que hemos visto que se comunica constante-

    mente con la tarjeta principal puesto que esta comanda los sensores; pero, si se

    desconecta, se daa o surge un posible error en esta, el resto de las tarjetas seguiran

    funcionando normal ya que como se dijo al inicio del diseo fsico las tarjetas son

    totalmente independientes una de la otra y pues el mayor porcentaje del programa

    est en la principal, el cual tiene sincronizado su tiempo inicial sin interrupcin; as

    mientras se arregla el suceso esta podr funcionar sin problemas.

    Img.22 Sistema de sensores SRF-05

  • 58

    3.2.5. Sistema de Displays y semforos

    Como en la realidad; el sistema de Displays y semforos estarn conformadas por

    parejas, como se ve en la img.23, quien conformara estas parejas son dos Displays 7

    segmentos de dimensiones: altura 55 mm x ancho 37 x profundidad 10 mm.

    Img.23 Sistema de Displays y Semforos

  • 59

    CAPTULO 4. Software del proyecto

    INTRODUCCIN

    Mediante la metodologa propuesta en este proyecto, por cada una de las diversas

    actividades y tareas que se realizan durante cada etapa de desarrollo del software de

    este; basado en un modelo de pasos por actividades y rutinas a desarrollar, con el fin

    de que el modelo logre estimar hasta la ms mnima tarea realizada.

    Abarcando en todo su contexto el ciclo del proyecto y apoyado en modelos ejemplos

    que se han tomado en cuenta para garantizar lo ms posible, una debida precisin en

    los datos y clculos previamente basados en los captulos anteriormente vistos en este

    documento.

    Teniendo as la seguridad de que la estimacin no va presentar cantidades de errores;

    por lo contrario, se trata de que los posibles errores sean lo ms mnimos, ajustables

    en su formulacin y que este modelo va a ser en todo su contexto confiable, eficiente y

    aplicable en cualquier cambio, organizacin del software y hardware de este sistema

    electrnico para el control automtico de los semforos en las vas de las ciudades.

    4.1. PASO A PASO DEL SOFTWARE DEL PROYECTO

    A continuacin se mostrara un breve resumen del paso a paso de la sintaxis en el

    lenguaje de programacin C que se elabor de acuerdo con las problemticas a

    satisfacer, clculos matemticos y posibles errores en tiempos futuros.

    Pretendo que estos sean tomados muy en cuenta; partiendo desde el punto que est

    diseado desde las mximas hasta las mnimas necesidades que se evaluaron en el

    proyecto.

  • 60

    No se consideran todas las posibilidades del lenguaje y las explicaciones estn

    reducidas o algunas ausentes del todo, de modo que se explicara lo ms entendible

    para todos los lectores de este documento; de igual forma este resumen ser muy til

    para quienes ya sepan del lenguaje C y quieran tomar nota de este para aplicarlo en

    todo su sentido bueno y de aprendizaje a otro proyecto.

    Nota: en primera instancia; observaremos la programacin que se realiz para la

    tarjeta principal, luego de este veremos lo programado para la tarjeta de sensores.

    Cabe acordar que solo mostraremos una pequea parte de las sintaxis tanto para la

    tarjeta principal como para la de sensores, las libreras que llamaremos sern las

    mismas para las dos; por lo tanto, solo se mostrara en esta primera parte.

    4.1.1. Libreras principales del micro-atmega-32

    #include // Familia del micro-controlador a utilizar.

    #include // Delay loop functions.

    #include // Activa interrupciones.

    #include

    Se utiliza para llamar las libreras que fueron necesarias para esta parte del proyecto:

    En la primer lnea; #include , es necesario para llamar el tipo de familia de

    micro-controlador que se quiere utilizar, en este caso utilizaremos la familia AVR.

    La segunda lnea; #include , Una funcin a veces til y a veces no

    mucho, sirve para hacer una pausa de n segundos, en el programa se utiliza para

    todas las debidas pausas en los conteos, cambios de color en los semforos y

    encendidos del sensor correspondiente.

    Finalmente la tercer lnea; #include , si tenemos en algn proyecto

    que consta de interrupciones externas en el circuito.

  • 61

    Esta es la manera de activar los pines que el micro-controlador dispone para recibir

    estas interrupciones, en mi caso estas interrupciones vienen de los sensores

    ultrasnicos a utilizar.

    4.1.2. Variables de Seleccin de los sensores e interrupciones (SRF-05)

    Ya que es necesario activar las interrupciones, tanto como para la primera fase y para

    la segunda; tambin se debe de dar un nombre especifico a cada una de estas para as

    poder utilizarlas adecuadamente una por una en su debido tiempo de activacin.

    Volatile int SRF_1, SRF_2, SRF_3, SRF_4, count_2, count_3;

    4.1.3. Interrupciones que generaran los sensores (INT_0 - INT_1)

    Como se le dio un nombre especfico para cada interrupcin; pero el micro-

    controlador tiene un nombre adecuado para cada pin que tiene esta, en el caso (INT0,

    INT1) son las interrupciones que tiene el micro a utilizar para el proyecto.

    En el software utilizaremos estos nombres para los sensores e igual si se quiere

    cambiar este se puede hacer teniendo en cuenta que el nombre que se le ponga debe

    de reemplazarse en todos los posibles nombres anteriores en el proyecto.

    De acuerdo con la rutina; se le est programando a cada INT un tiempo que lo

    mantendr almacenado y por si algn motivo se activa esta interrupcin el siguiente

    conteo para este punto en verde y los dems en espera ser el almacenado. Este

    tiempo se puede modificar de acuerdo con necesidades requeridas matemticamente

    y/o cliente.

    // External Interrupt 0 service routine.

    ISR (INT0_vect)

    {

    If (count_2 < 5)

    {

    SRF_1 = 20;

  • 62

    count_2 ++;

    }

    else

    {

    SRF_1 = 30;

    count_2 =0;

    }

    }

    // External Interrupt 1 service routine.

    ISR (INT1_vect)

    {

    If (count_3 < 7)

    {

    SRF_2 = 20;

    count_3 ++;

    }

    else

    {

    SRF_2 = 30;

    count_3 =0;

    }

    }

    // External Interrupt 2 service routine.

    ISR (INT2_vect)

    {

    SRF_3 = 20;

    }

    // External Interrupt 3 service routine.

    ISR (INT3_vect)

  • 63

    {

    SRF_4 = 20;

    }

    4.1.4. Asignando los puertos de entrada, salida y variables para el conteo

    Los pines del puerto A los seleccionamos para las luces de los semforos 1 y 2,

    tambin utilizamos un pin de este puerto para la seleccin de los sensores (INT0,

    INT1).

    El puerto B se utiliza para que haga de decodificador BCD a 7 segmentos; es decir, este

    reemplaza el circuito integrado 74LS47 que es un decodificador BCD a 7 segmentos.

    La funcin de este puerto y que es muy importante para utilizar la mnima cantidad

    del micro-controlador, es la de aprovechar la sintaxis para hacer expansin de puertos

    con los circuitos integrados 74LS373 Latches.

    En el puerto C para lo anterior; su funcin es de seleccionar por medio del codificador

    74LS137 los Latches correspondientes asignados y lograr encender los Displays 7

    segmentos de acuerdo con lo programado o turno de espera para encenderse.

    La combinacin de entradas y salidas en el puerto D Para los semforos tres (3),

    cuatro (4) y las entradas de interrupcin de los sensores (INT0, INT1), lo cual

    significa que estamos utilizando seis (6) pines de este para los semforos faltantes y

    dos para las entradas de interrupcin que envan los sensores de acuerdo el que est

    funcionando.

    Int SEGUNDOS, unidades, decenas;

    DDRA= 0b11110111; //puerto de salidas semforos seleccin sensor.

    DDRB= 0XFF; //puerto de salidas a los Displays.

    DDRC= 0b01000011; //puerto de salidas al decodificador 74LS137

  • 64

    DDRD = 0b11110011; //entradas de interrupcin de sensores salidas a los semforos

    4.1.5. Control de tiempos para los correspondientes cambios e interrupcin

    Se elabor un sistema de tiempos para los cambios de luces, velocidades a la que los

    Displays y programa debe de correr; en el caso, para los Displays el tiempo ser real

    en segundos.

    Los tiempos correspondientes son:

    Tiempos de retraso para el programa; se asignaron dos variables, una para

    controlar la velocidad a la que debe de contar los Displays y la otra se utiliza para

    darle un retardo a estos para su correspondiente inicio cuando el semforo

    asignado se ponga el luz verde.

    Tiempos si no hay interrupciones en los sensores; tiempo que se le da

    inicialmente para todos los Displays si no hay interrupcin de los sensores. Este

    conteo se puede modificar tambin segn lo necesario como se dijo en la parte de

    (interrupcin que generan los sensores), tomando en cuenta que si se disminuye

    y/o aumenta este tiempo tambin se debe de cambiar en el anteriormente

    nombrado.

    Tiempos para los colores de los semforos activos; es importante tener

    sincronizadas todas las luces de los semforos que se encuentran en una estacin,

    para ello, se asign un tiempo adecuado para cada luz, este tiempo tambin se

    puede modificar, pero es importante saber que los tiempos que se dispongan

    deben de cumplir con las normas y especificaciones para este; partiendo que la luz

    verde en este proyecto es el ms significativa, la luz roja es de menos prioridad y la

    luz amarilla solo se utiliza para visualizar un cambio correspondiente del semforo

    de (verde - amarillo - rojo o rojo/amarillo - verde).

    Int yellow_time, delay_time, loop_time, play_time, amarillo_time, ama_roj_time, rojos_time;

  • 65

    //TIEMPOS DE RETRASO PARA EL PROGRAMA.

    delay_time =100; //Velocidad "retraso" para todo los Displays.

    play_time =200; //Tiempo de espera para que los Displays inicien cuando se ponga en verde.

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //TIEMPOS SI NO HAY INTERRUPCIONES EN LOS SENSORES.

    SRF_1 = 10; //Inicia Displays (10-seg), para peatones2 y peatones4.

    SRF_2 = 10; //Inicia Displays (10-seg), para peatones3.

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //TIEMPOS PARA LOS COLORES DE LOS SEMAFOROS ACTIVOS.

    loop_time =200; //Tiempo de verde y rojo activos.

    amarillo_time =300; //Tiempo de amarillo solo activo.

    ama_roj_time =300; //Tiempo de amarillo y rojo activos.

    rojos_time = 350; //Tiempo de rojos activos.

    4.1.6. Programacin para activar los Semforos, Displays e Interrupciones de los

    sensores

    Solo mostraremos una pequea parte de esta rutina ya que es demasiado extensa;

    iniciando podemos ver que las luces rojas de los semforos (1, 3, 4) estn activas, la

    luz verde del semforo (2) activa, el Display de peatones (3) est activo y el sensor

    (INT0) tambin inicia activo.

    Despus de esto veremos los cambios correspondientes de (verde amarillo rojo y

    rojo/amarillo - verde); para esto, se realiz sucesivamente para los otros cambios en

  • 66

    los (4) puntos de la estacin semaforizda; es decir, esta rutina se repite de acuerdo

    con el color de luz, Display o sensor que se debe encender teniendo en cuenta el pin

    del micro-controlador que se asign y la parte de expansin de puertos ya que esta es

    la que me enciende los Displays segn el decodificador 74LS137.

    While (1) {

    {

    //Esto es para inicializar el semaf.1 en rojo y semaf.2 en verde.

    //Esto es para inicializar el semaf.3 en rojo y semaf.4 en rojo.

    PORTA =0b11000001;

    PORTD =0b00101101;

    _delay_ms (play_time);

    }

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //Aqu empieza el conteo de los Displays, cuando est en verde el correspondiente semforo.

    SRF_1 = 10; //Sino hay interrupcin, reiniciar en 5 seg.

    for (SEGUNDOS = SRF_2; SEGUNDOS >=0; SEGUNDOS --)

    {

    //AQUI CUENTA PEATONES 3.

    PORTA =0b11000001;

    PORTD =0b00101101;

    //unidades

  • 67

    Unidades = SEGUNDOS/10;

    //PORTC = 5;

    PORTC = 0b01000001;

    PORTB = my7447 (unidades);

    //decenas

    Decenas = SEGUNDOS - 10 * unidades;

    //PORTC = 4;

    PORTC = 0b01000000;

    PORTB = my7447 (decenas);

    _delay_ms (delay_time);

    }

    {

    PORTA =0b11000001;

    PORTD =0b00101101;

    //APAGA EL CONTEO PEATONES 3.

    //unidades

    Unidades = SEGUNDOS/10;

    //PORTC = 5;

    PORTC = 0b01000001;

    PORTB = 0b11111111;

    //decenas

  • 68

    Decenas = SEGUNDOS - 10 * unidades;

    //PORTC = 4;

    PORTC = 0b01000000;

    PORTB = 0b11111111;

    _delay_ms (loop_time);

    }

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //--------------------------------------------------------------------------------//

    //CAMBIOS: VERDE - ROJO Y DE ROJO - VERDE.

    for (SEGUNDOS = yellow_time; SEGUNDOS >=0; SEGUNDOS --)

    {

    PORTA =0b10100001;

    PORTD =0b00101101;

    _delay_ms (amarillo_time);

    }

    {

    PORTA =0b10010001;

    PORTD =0b00101101;

    _delay_ms (rojos_time);

    }

    {

    PORTA =0b10010011;

    PORTD =0b00101111;

    _delay_ms (ama_roj_time);

  • 69

    }

    {

    PORTA =0b00010100;

    PORTD =0b00111100;

    _delay_ms (play_time);

    }

    4.1.7. Seleccin las variables voltiles int, char y bouble

    Definimos un periodo de tiempo para los sensores de uno por un milln (1*1000000);

    esto se debe a que es necesario como en todo programa que se necesita de tiempos

    para las funciones independientes de cada subrutina, lo utilizaremos para hacer una

    conversin matemtica para poder medir la distancia en que se encuentra un objeto

    que en su caso ser un automvil. Le damos un nombre especfico (sensor_number)

    para mostrar en una LCD (16X2) que sensor en su momento est en funcin activa, las

    variables voltiles que utilizamos a continuacin:

    Clocks: Tiempo de duracin de pulsos.

    count_pulse: Cantidad de pulsos que se le da a los sensores en su momento activo, se

    puede variar segn la necesidad.

    Trigger, flag:

    Distance: Se utiliza para mostrar la distancia en la LCD.

    Triggered: Pulso de disparo para los sensores.

    Count: Se visualizara en la LCD el conteo pertinente para as enviar la interrupcin si

    sobrepasa el valor mximo que se le dio a este.

  • 70

    #define clk_period_us 1*1000000/clk_freq

    Static unsigned int sensor_number;

    uint16_t starting_edge, ending_edge;

    Volatile unsigned int clocks;

    Volatile unsigned int count_pulse;

    Volatile unsigned char trigger, flag;

    Volatile double distance;

    Volatile char triggered;

    Volatile unsigned int count;

    Char buf_lcd1 [16];

    4.1.8. Ajuste de la distancia para el rango de interrupcin.

    Ya que los sensores que utilizaremos (SRF-05) tienen una distancia mnima/mxima

    de funcionamiento y para tener un parmetro de interrupcin partiendo de los

    quinientos centmetros que es el mximo de estos sensores, se hizo una rutina que me

    permite comparar a que distancia se encuentra el automvil en el rango dispuesto.

    Si este se encuentra entre los cien centmetros y quinientos centmetros no pasara

    nada, Pero si este rompe esa barrera; es decir, si esta distancia disminuye ms de los

    cien centmetros, en la LCD se visualizara un conteo que tambin tiene su lmite de

    rango y si sobrepasa este enviara el bit de interrupcin al INT correspondiente del

    micro-controlador de la tarjeta principal, que a su vez nos permite aumentar los

    tiempos de acuerdo a lo programado.

  • 71

    En este momento se est cumpliendo con una parte de lo que se quiere en el proyecto;

    pero, ser que con un solo tiempo de aumento y/o disminucin es suficiente para

    reducir los apilamientos en las vas?

    La solucin a esta incgnita es fcil: despus de que se ejecute cada rango de

    interrupcin en su conteo pertinente; otra rutina en el software entra en juego, esta se

    escribi en la parte de (Interrupciones que generaran los sensores) y lo que hace es

    que cuando se cumpla cada conteo y este envi el pulso de aumento, la nueva rutina

    ira almacenando hasta un Z ++ cada vez que se envi este pulso y como en la rutina

    anterior cuando sobrepase este conteo Z programado, lo que har es enviar un nuevo

    bit de interrupcin que modificara el tiempo aumentndolo an ms que el de la

    interrupcin anterior y este modo el software le dar ms importancia a la va con

    ms apilamiento y no a la que tiene poca fluidez en este cruce.

    Es importante Tener en cuenta que el segundo conteo se cumplir cada vez que la luz

    roja del semforo en donde se encuentra el sensor se active en cada ciclo cumplido,

    para que las dos rutinas no se crucen o entren en accin a la vez ya que el conteo de la

    primera interrupcin estar activo todo el tiempo en que la luz roja permanezca

    encendida. Los rangos o tiempos para las dos rutinas se pueden modificar segn lo

    necesario y/o especificaciones; no olvidando que la segunda rutina se modifica segn

    y dependiendo de lo que hace la primera rutina; ver diagramas de flujo Img.24 - 25.

  • 72

    Si no Si

    Img.24 Diagrama de bloques segunda rutina para aumento de tiempo

    Enviar pulso de interrupcin y

    almacenar en Z++ para la

    segunda interrupcin

    ENVIAR PULSO A LA VARIABLE

    DE ALMACENAMIENTO

    count_2 o count_3

    Calcular el conteo de

    interrupcin por ciclo

    Count_2, count_3 es

    < Z