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UNIVERSIDAD CATÓLICA LOS ÁNGELES DE CHIMBOTE
TEMA : “PROYECTOS DE CONTROL DE PROCESOS USANDO MICROCONTROLADORES”
CURSO : PROYECTOS DE CONTROL
PROFESOR : OVIDIO HILDEBRANDO RAMOS ROJAS
ALUMNO : VALLES JICARO S. GERMAN
E-MAIL : [email protected]
ESPECIALIDAD : INGENIERIA DE SISTEMAS
CICLO : VIII
AÑO 2014
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 1
Resumen del capítulo
Los microcontroladores son de vital importancia su función en las maquinas que
tienen las empresas los cuales cumplen diferentes funciones que permiten agilizar
los procesos permitiendo, lo cual permite obtener una produccion de mejor calidad y
bajar los costos para competir en el mercado.
Es de vital importancia, al programar en alto nivel un sistema embebido, conocer la
arquitectura interna del procesador que correrá el código, debido a que en
ocasiones la depuración puede llevar a requerir ejecutarlo pasó por paso en
lenguaje ensamblador.
Pudiera también ser necesaria la implementación de algunas rutinas o
procedimientos en lenguaje de máquina, por querer realizar código más eficiente, o
diseñar labores que el micro controlador tenga que ejecutar y que desde el lenguaje
de alto nivel sean más complicadas o no se tengan procedimientos para ellas.
Los microcontroladores trabajan asociado a un sensor que es un dispositivo capaz
de medir magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y
transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, pH, etc.
La arquitectura Microchip TM está basada sobre la clasificación RISC de
procesadores de alto desempeño por contener 2 buses internos, uno para los datos
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 2
PROYECTOS DE CONTROL DE PROCESOS USANDO
MICROCONTROLADORES
MONOGRAFI
A
y otro para las instrucciones. La arquitectura especifica de Freescale ofrece un
modelo lineal en mapa de memoria, donde se encuentran las direcciones de los
registros internos que manejan los diferentes periféricos de cada microcontrolador
en particular, la memoria RAM, la memoria de programa FLASH, y los vectores de
Interrupción, todos direccionados con el PC y especificados al compilador de forma
explícita.
Por tal motivo la Automatización Industrial (automatización; del griego antiguo auto:
guiado por uno mismo) es el uso de sistemas o elementos 67computarizados para
controlar maquinarias y/o procesos industriales sustituyendo a operadores humanos
en la actualidad.
Introducción:
Hoy en día, los sistemas y la electrónica ha avanzado a pasos agigantados, en su
mayoría los sistemas que se desarrollan son digitales. Existen muchos dispositivos
que permiten realizar diversos diseños de cualquier clase, existen dos dispositivos
muy utilizados: Los microprocesadores y los microcontroladores.
Los microprocesadores son dispositivos los cuales se pueden configurar como el
usuario lo desee, posee más instrucciones y más capacidad que los
microcontroladores, generalmente estos dispositivos se utilizan para diseñar
proyectos donde se requiere mucho procesamiento de los datos. La marca líder en
microprocesadores es Intel.
Los microcontroladores son dispositivos de menor capacidad pero estos son ideales
para el diseño y sus instrucciones son más fáciles de manipular y son económicos.
Los más comercializados son los AVR y los PIC.
En nuestro caso decidimos investigar para trabajar con los PIC, ya que son los
dispositivos más utilizados hoy en día. Existe una gran variedad de estos
dispositivos, elegimos uno de gama media el PIC16F877A, este dispositivo cumple
con nuestras especificaciones de diseño. Ya elegido el PIC, diseñamos nuestra
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 3
etapa de potencia, aquí utilizamos un SCR un dispositivo semiconductor de cuatro
etapas y por último buscamos el sensor.
Existen en el mercado una gran cantidad de microcontroladores, como PICs, Basic
Stamp, Xenix, Freescale, siendo estos últimos los dispositivos de nuestro interés,
debido a la gran cantidad de aplicaciones en las que se encuentran, a su fácil
programación, a que son muy comerciales y se consiguen a muy bajo costo frente a
sus competidores, lo cual los ha hecho tan llamativos para los profesionales como
para estudiantes, etc.
Este libro presenta una forma muy didáctica para la enseñanza de estos dispositivos,
utilizando técnicas muy útiles para el aprendizaje y asimilación de la información en
forma clara, concisa y muy rica conceptualmente, lo cual llevará al lector a
desarrollar aplicaciones desde las más sencillas hasta tan complejas como lo desee.
Sin invertir grandes cantidades de tiempo y dinero en borradores, programadores o
software, las tecnologías actuales de microcontroladores de 8 y 16 bits de Freescale
permiten a los usuarios tener rápidamente un laboratorio donde puedan desarrollar
sus aplicaciones en menos tiempo y con mayor confiabilidad.
En el pasado, las tecnologías existentes en el mercado obligaban a pequeños o
medianos industriales a invertir mucho dinero en equipos adicionales al micro
controlador.
Microcontrolador.
El micro controlador es quizás el componente electrónico más versátil que existe,
sus aplicaciones están limitadas únicamente por la imaginación. Cada día es más
frecuente encontrar equipos que los utilicen como elementos de control, de
comunicaciones, de señalización, etc.
Un microcontrolador es un circuito integrado programable que contiene todos los
componentes de una computadora. Se emplea para controlar el funcionamiento de
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 4
una tarea determinada y debido a su reducido tamaño, suele ir incorporado en el
circuito que gobierna.
Es un pequeño computador construido sobre el «chip» o dado de silicio que hay
dentro de un circuito integrado. Se emplea para controlar el funcionamiento de una
tarea determinada o el de un producto, y debido a su reducido tamaño, suele estar
incorporado en el propio dispositivo que gobierna.
Esta última característica es la que le confiere la denominación de «controlador
incrustado» (embebed controller) Al micro controlador se le considera como un
«computador dedicado» pues en su memoria reside un único programa destinado a
controlar una aplicación concreta, sus líneas de entrada/salida soportan el
conexionado de los sensores y actuadores del sistema a gobernar y todos los
recursos complementarios disponibles tienen como finalidad exclusiva atender los
requerimientos de la tarea a la que se dedica el micro controlador.
Diferencia entre un microcontrolador (Mcu) y un microprocesador ( uP)
Un Microprocesador es un sistema abierto con el que puede construirse un
computador con las características que se desee, acoplándole los módulos
necesarios Un Microcontrolador es un sistema cerrado que contiene un computador
completo y de prestaciones limitadas que no se pueden modificar.
El microcontrolador posee los siguientes tipos de memorias:
Memoria RAM (Random Access Memory) (Memoria de Acceso Aleatorio) en
esta memoria se guarda los datos que se está utilizando en el momento
presente. El almacenamiento es considerado temporal por que los datos
permanecen en ella mientras la memoria tiene una fuente de alimentación.
La memoria de programas o de instrucciones contiene una serie de diferentes
tipos de memoria.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 5
Memoria ROM con máscara y es de sólo lectura, cuyo contenido se graba
durante la fabricación del chip. Es aconsejable cuando se precisan cantidades
superiores a varios miles de unidades.
Memoria OTP (One Time Programmable) es no volátil y de sólo lectura y
programable una sola vez por el usuario. La grabación se realiza mediante un
sencillo grabador controlado por una PC.
Memoria EPROM (Erasable Programmable Read Only Memory), pueden
borrarse y grabarse muchas veces. La grabación se realiza, como en el caso
de la memoria OTP. Si, posteriormente, se desea borrar el contenido,
disponen de una ventana de cristal en su superficie por la que se somete a le
EPROM a rayos ultravioleta por algunos minutos.
Memoria EEPROM (Electrical EPROM) es de sólo lectura, programable y
borrable eléctricamente. Tanto la programación como el borrado, se realizan
eléctricamente desde el propio grabador y bajo el control programado de un
PC, y puede hacerse con el microcontrolador instalado en el circuito. Es muy
cómoda y rápida la operación de grabado y la de borrado.
Memoria Flash. La memoria Flash es no volátil, de bajo consumo y puede
grabarse y borrarse eléctricamente. Funciona como una ROM y una RAM
pero consume menos energía y es más pequeña. La memoria Flash también
puede programarse “en circuito”, es decir, sin tener que sacar el circuito
integrado de la tarjeta. Además, es más rápida, tiene mayor densidad y tolera
más ciclos de escritura/borrado que la EEPROM.
Clasificación de los microcontroladores
Tipo de arquitectura: CISC, RISC, microRISC, VLIW
Arquitectura (el lenguaje de máquina usado)
Cantidad de bits: 4, 8, 16, 32, 64, 128
Velocidad del reloj: 4 – 300 MHz
Cantidad de RAM (decenas de B – KB)
Cantidad de ROM (K – MB)
Tipo de ROM: masked, OTP, EEPROM, Flash
Cantidad de puertos de I/O (1 puerto = 1 bit)
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 6
Cantidad y tipo de “periféricos” generales
Periféricos de aplicación específica
Modos de ahorro de energía (sleep mode)
Formas de paralelismo
Cantidad de núcleos
1 micro
Dual core: 1 micro + 1 DSP
Triple core
Parámetros eléctricos (voltaje, potencia, etc.)
Proveedor
Algunos periféricos usuales
Timers de 1 ó 2 canales
ADC (analog to digital converter) de 1, 2 ó 4 canales y 4 a 24 bits de precisión
DAC (digital to analog converter) de 8 a 24 bits
Modulador de ancho de pulso (PWM)
Componentes analógicos (ej., amplificadores)
Reloj y/o DLL
Watch dog timer
Controladores de E/S (UART, Ethernet MAC, I2C)
Actuadores Para Diversas Aplicaciones:
Los Motores
Uno de los actuadores más vistosos y versátiles para el trabajo con PIC son los
motores. Los motores pueden mover una cinta transportadora; un motor puede ser lo
que suba o baje una polea con un objeto en su extremo; puede abrir o cerrar una
puerta e incluso posicionar un brazo articulado.
En este apartado se van a ver dos tipos de motores: 1. 2. o o Motores de corriente
continua (DC). Motores paso a paso (PAP). Diferencias entre los motores DC y PAP
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 7
Las características más destacables de los motores DC se resumen en: 1. 2. 3. 4. a
a a a Buen par de fuerza y estabilidad en la velocidad de giro, proporcional al voltaje
de entrada. Baja inercia en arranque y parada. Peso y tamaño reducidos.
Fácil manejo.
Esto les hace ideales en aplicaciones en que se precisa coordinar la velocidad de
varios motores al mismo tiempo, y/o en que el motor tiene que responder
instantáneamente a las señales de control para un encendido/apagado y cambio de
sentido.
Su peso y tamaño reducidos les posibilita además para formar parte de sistemas
móviles sin incrementar el peso ya existente. Los motores PAP a su vez se
caracterizan por: 1. 2. 3. 4. o o o o Su movimiento es por incremento de ángulos,
siendo éstos muy exactos. Mayor simplicidad en la lógica de control.
Su manejo depende del modelo. Su eje no recorre todas las posiciones posibles. El
funcionamiento de un motor PAP se logra aplicando en sus bornes un conjunto de
señales de control especificadas por el fabricante, por lo que un programa realizado
para un motor determinado deberá modificarse si el motor es cambiado.
Arquitectura, Diagrama De Conexiones Y Repertorio De Instrucciones 53
Sin embargo, el que sea controlado por ese conjunto de señales tiene la ventaja de
que en todo momento se conoce su ángulo de giro exacto, número de vueltas dadas,
etc., sin necesidad de sensores externos tipo encoder, lo que le hace propicio para
aplicaciones en que se necesita gran precisión de movimiento.
El modelo se elegirá en función de la precisión del ángulo de giro que se necesite.
Motores DC Los motores DC internamente están compuestos por un imán (estator)
que crea un campo magnético en el cual se encuentra una bobina o electroimán
arrollada en un eje giratorio (rotor).
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 8
La tensión de alimentación aplicada al motor hace que se generen unas fuerzas de
atracción y repulsión entre el campo magnético del estator y del rotor, lo que hace
que el motor se mantenga en movimiento.
En la práctica, el control sobre dicho motor se realiza con la aplicación de tensión en
los dos hilos que salen al exterior: con un hilo se determina el encendido/apagado
del motor y con el otro el sentido de giro. Como la tensión e intensidad que
proporcionan las líneas del PIC no son suficientes para excitar un motor DC, se hace
necesaria la utilización de algún circuito integrado específico. Uno muy utilizado es el
L293B, que consta de 4 drivers.
Sistema embebido
Que es un sistema embebido
Se conoce como sistema embebido a un circuito electrónico computarizado que esta
diseñado para cumplir una labor especifica en un producto. La inteligencia artificial,
secuencias y algoritmos de un sistema embebido, están residentes en la memoria de
una pequeña computadora denominada micro controlador.
A diferencia de los sistemas computacionales de oficina y laptops , estos sistemas
solucionan un problema específico y están dispersos en todos los ambientes
posibles de la vida cotidiana.
Es común encontrar sistemas embebidos en los vehículos; por ejemplo, controlando
el sistema de inyección de combustible, en los sistemas de frenado ABS ( Anti-lock
Braking Systems ), en el control de espejos, sistemas de protección contra impacto
( Airbag ), alarmas contra robo, sistemas de ubicación, entre otros.
También en los electrodomésticos de uso diario: controlando la temperatura en
refrigeradores, estufas, hornos microondas y planchas; el motor de licuadoras,
lavadoras de ropa, lavaplatos, aspiradoras y juguetes; en los equipos celulares,
agendas de bolsillo, PDA, cajeros automáticos, cámaras fotográficas, reproductores
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 9
de música (MP3) y video, equipo de gimnasio, equipo médico, y en general, en una
gran cantidad de dispositivos de uso diario.
Se sabe que en general, un consumidor promedio interactúa con alrededor de 400
microcontroladores por día; este número tiende a crecer significativamente para los
próximos años, considerando que los procesadores son cada vez mas pequeños,
consumen menos energía y el precio es menor gracias a la economía de escala
aplicada en su fabricación, aspectos que ayudan a reemplazar en mayor proporción
los sistemas lógicos, los equipos electromecánicos y en el futuro, se podrán
incorporar en los equipos desechables.
Los sistemas embebidos controlan un sinnúmero de objetos cotidianos, como
celulares, agendas de bolsillo, cámaras fotográficas o sistemas de inyección de
combustible, entre otros.
¿Qué es un compilador? ¿Qué es un interpretador?
El programa editado es llevado a la máquina que lo ejecutará finalmente, en este
caso un microcontrolador comúnmente llamado “ Target ”, de dos formas posibles: El
programa es convertido a código de máquina al 100% y luego se ejecuta.
El programa es enviado al “ target ” tal cual fue editado, y éste toma línea por línea y
lo va convirtiendo a código de máquina a medida que va pasando
Un compilador es un programa de software que transforma uno o varios archivos de
código fuente y genera un archivo en código de máquina llamado ejecutable; este
nuevo archivo es enviado al “ target ” para que lo ejecute.
Un interpretador es un software que es instalado en el “ target ”, el cual está
preparado para recibir un archivo fuente editado; una vez el “ target ” recibe la orden
de ejecutar inicia el proceso de cambiar línea por línea de programa a su respectivo
código de máquina y ejecutar este código.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 10
Ambos esquemas tienen ventajas. Para el caso de un compilador el tiempo
requerido para convertir el código que ejecutará la máquina se utiliza completamente
antes de su ejecución final, y en el caso de compiladores cruzados, este código lo
convierte una máquina con mayores recursos que el “ target ”, así el código queda
listo para ejecutarse ahorrando tiempo a la máquina final, la cual no se tiene que
enterar de los pormenores del código.
Sin embargo, para hacer la conversión a código de máquina, se deberá conocer con
anterioridad la máquina que va a ejecutar el código, y este código quedará limitado a
ejecutarse en dicha máquina.
Proyectos:
Encendido de led en lenguaje de maquina
Objetivo: El objetivo del primer programa consiste en desarrollar un código en
lenguaje ensamblador que encienda el LED OUT-1 de prueba en el sistema de
desarrollo AP-Link, cada vez que la tecla INPUT-1 es presionada.
Solución:
;***************** Ejemplo 1 ******************
; Encendido de Led en Lenguaje de Máquina
; Fecha: Feb 4,2009
; Asunto: Encender Led OUT-1 cada que la tecla
; INPUT-1 es presionada.
; Hardware: Sistema de desarrollo AP-Link(2008-01-14)
; para Microcontrolador Freescale AP16.
; Version: 1.0 Por: Gustavo A. Galeano A.
;****************************************
; Include derivative-specific definitions INCLUDE ‘derivative.inc’
; export symbols XDEF _Startup ABSENTRY _Startup
; variable/data section ORG RAMStart ; Insert your data definition here
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 11
Discusión:
Para la creación de un programa en lenguaje de máquina, se inicializa el vector de
Reset , ubicado en las direcciones $FFFE y FFFF, con la dirección de inicio. En este
caso una vez que el microcontrolador sale del estado de Reset, va a la función
_Startup, que inicializa el Stack Pointer al final de RAM, esto lo hace con la ayuda
del registro H:X y luego transfiriendo su contenido al SP con la instrucción TXS.
El código pasa luego a la sección mainLoop, donde está constantemente
inicializando el contador del Watchdog que evita Reset , verifica si el pin PTD1 (pin 1
del puerto PTD) está en cero (tecla presionada) o en 1 (tecla no presionada), toma la
decisión de saltar a la sección is_press, sí y solo sí el pin está en bajo donde pone el
estado del PTC3 en 1 (enciende OUT-1) y además pone el pin PTC3 como salida
con un estado 1 en el pin DDRC3.
Control de módem GSM desde micro controlador.
Esquema global.
El presente proyecto consiste en el diseño y montaje de un circuito que controle un
MODEM GSM mediante un micro controlador para que se envíen mensajes cortos
SMS a unos destinatarios fijados por el usuario y, por otro lado, responda mediante
unas acciones preprogramadas al recibir un SMS determinado.
El usuario realiza una función imprescindible para el funcionamiento del circuito, ya
que se deben introducir una serie de datos a la memoria EEPROM de datos del PIC
a través del software del PC.
Una vez han sido introducidos los datos, el circuito funciona de manera
independiente, llevando a cabo sus tareas sin más apoyo del PC que la alimentación
que recibe de éste a través del puerto USB. El circuito se comunica con el MODEM
mediante RS-232, vía por la cual se transmiten los comandos AT, explicados más
adelante.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 12
Para un uso supervisor, se ha diseñado una conexión RS-232 entre el circuito y el
PC, a través de la que se verán reflejadas las comunicaciones serie que existan
entre circuito y MODEM
Objeto del proyecto.
El objeto del presente proyecto es diseñar y montar un circuito que controle un
MODEM GSM con el fin de enviar mensajes cortos (SMS) a un terminal GSM
externo, así como recibir mensajes SMS y actuar según proceda.
El circuito se basará en un sistema controlado por un microcontrolador de la serie
PIC, que gestionará un módem GSM y las comunicaciones necesarias con el PC. El
prototipo incluirá dos LEDs para mostrar al usuario el estado de las comunicaciones
con el PC y con el MODEM. Para dar un uso alternativo, se programará el
microcontrolador para controlar sus múltiples E/S, activándolas o desactivándolas
mediante un SMS enviado desde cualquier teléfono móvil en cualquier parte del
mundo.
Antecedentes.
Existen aplicaciones que requieren comunicarse con un terminal remoto para
visualizar y controlar el sistema. Un ejemplo de aplicación podría ser un dispositivo
conectado a un sistema automático cualquiera, que avisara al usuario de una
incidencia grave y le permitiera a éste tomar una decisión y actuar a distancia.
Dado que, según un estudio del Ministerio de Industria de 2006, el 98% del territorio
poblado tiene cobertura GSM, resulta interesante aprovechar la red de telefonía
móvil para nuestras comunicaciones.
Elección del Micro controlador.
Los micros controladores son circuitos integrados que incluyen como mínimo una
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 13
CPU, unidades E/S y memoria de programa, además de una serie de componentes
que dotan al micro controlador de diversas funcionalidades.
De los micros controladores existentes, es con los PIC de MICROCHIP con los que
estoy más familiarizado. Por lo tanto, siendo los PIC unos micros controladores
suficientes para la tarea a llevar a cabo y poseyendo varias unidades, se decide
hacer uso de ellos.
Por requisitos de diseño, se necesita un micro controlador con conectividad USB y
un puerto de E/S, por lo que con el PIC18F2550, un micro controlador de 28 patas
satisfaceremos nuestras expectativas.
Las funciones y características que han sido utilizadas son las siguientes:
Memoria FLASH =32 KBytes, 16384 Instrucciones
EEPROM =256 Bytes
PINS I/O =24 con 3 interrupciones externas
USART
Timers 8/16bits =1/3, 4 timers en total
Modos de oscilador:
o Externo hasta 48MHz
o Externo auxiliar, para módulo USB
o Interno con RC
o Interno programable de 31kHz hasta 8MHz
Rango de voltaje desde 2V hasta 5.5V.
USB V2.0: Baja Velocidad (1.5 Mb/s) y Velocidad Completa (12 Mb/s).
Interrupciones: 3 interrupciones de entradas externas, interrupción de cambio
de estado en el portB, interrupciones de los Timers, interrupción de la UART
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 14
al enviar y al recibir, interrupción de final de conversión A/D, interrupción del
USB, etc...
Además de las funcionalidades de que dispone este PIC, una ventaja sobre la serie
16F es el juego de instrucciones y el sistema de memoria lineal.
La familia 18F dispone de 77 instrucciones sobre las 35 de la familia 16F. El hecho
que más puede facilitar la programación es la estructura de la memoria interna, tanto
la memoria de datos como la de programa. Los PIC de las familias inferiores a la 18F
sólo pueden acceder a direcciones de 8 bits.
Los PIC 18F disponen de memoria lineal y pueden direccionarla toda, esto resulta
cómodo para manejar buffers lineales. En realidad esto no nos perjudica ni nos
beneficia, puesto que programaremos el firmware del PIC en lenguaje C.
Módem GSM.
El módem GSM es la parte que se comunicará con el mundo exterior. En la elección
del módem, pese a ser lo más importante, no ha hecho falta tener en cuenta muchos
parámetros, ya que todos los módems GSM cumplen los mismos requisitos mínimos
necesarios.
El módem GSM elegido es del fabricante Siemens, modelo TC35i, dotado de interfaz
RS-232, conector de antena tipo jack JME, soporte de tarjeta SIM, LED indicador de
estado y alimentación mediante un adaptador 220V AC-12V DC. Se ha elegido este
modelo porque ya disponía de él, conozco su funcionamiento y cumple con los
requisitos necesarios para el desarrollo de este proyecto.
Las características técnicas del módem son las siguientes:
• Banda Dual 900/1800 MHz GSM.
• Comunicaciones serie a 2.4, 4.8, 9.6 y 14.4 kbps.
• GSM Clase 1 y Clase 2 Grupo 3 Fax
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 15
• Short Message Services (SMS)
• Zócalo para tarjeta SIM.
• Compatible con los comandos AT.
Comunicaciones móviles GSM.
Antecedentes.
Actualmente en España existe un índice de penetración de la telefonía móvil de un
100%. Este índice no indica un valor real de usuarios, puesto que se contabilizan las
líneas de prepago y las de uso ocasional, pero sí nos indica que realmente el uso del
teléfono móvil está muy extendido. Además, el 98% del territorio poblado español
cuenta con cobertura GSM.
Teniendo en cuenta el fácil manejo, el bajo coste y el gran número de usuarios de
teléfonos móviles, se hace idóneo para un proyecto de control y/o supervisión a
distancia.
Red GSM.
El sistema GSM es el sistema de comunicación de móviles digital de 2ª generación
basado en células de radio. Apareció para dar respuestas a los problemas de los
sistemas analógicos.
Fue diseñado para la transmisión de voz por lo que se basa en la conmutación de
circuitos, aspecto en el que se diferencia del sistema GPRS.
Al realizar la transmisión mediante conmutación de circuitos los recursos quedan
ocupados durante toda la comunicación y la tarificación es por tiempo.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 16
Esquema del circuito
Sistemas robóticos tele operados
Existen muchas circunstancias en las cuales no es conveniente emplear personas
para la realización de algunas labores debido al alto riesgo a que ellos se exponen;
por esta razón se han desarrollado diversas herramientas o equipos que permiten
reemplazar al hombre al realizar estas operaciones a distancia.
Dentro de estos equipos se encuentran los móviles teleoperados también conocidos
como robots a pesar no ser autónomos en si mismos.
Los robots teleoperados son aquellos controlados por un usuario a distancia desde
una estación remota. Dada su gran utilidad, se han empleado en diversos campos.
Este tipo de manejo supone una ventaja desde el punto de vista de la protección y
seguridad del usuario, ya que en caso de realizar trabajos en ambientes inseguros o
inestables o con sustancias potencialmente peligrosas, como químicos o explosivos,
no se arriesga su integridad física.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 17
En el desarrollo de robots tele operados se involucra la electrónica, las
comunicaciones, el control, la inteligencia artificial (IA) y la visión por computador. El
uso de IA se puede apreciar en las decisiones que debe tomar el robot por ejemplo:
Evitar obstáculos al ir de un sitio a otro, eligiendo el camino más corto o cuando se
le enseña a reaccionar frente a ciertos estímulos y responde acertadamente a
estímulos nuevos como en el caso de las redes neuronales.
La visión por computador es utilizada cuando las tareas del robot involucran el
procesamiento de imágenes provenientes de cámaras de video que pueden estar
ubicada en el mismo. Tanto la IA como la visión por computador pueden simplificar
significativamente el trabajo del operador.
Componentes de un sistema tele operados
Un sistema tele operado se compone principalmente de una estación de
teleoperación, un sistema de comunicación y esclavo, el esclavo puede ser un
manipulador o un robot móvil equipado con un manipulador ubicado en un entorno
remoto como el robot Andros Wolverine de la empresa Remotec.
La estación de teleoperación permite controlar al esclavo a distancia por medio del
sistema de comunicación, el cual permite transmitir las señales de control hacia el
esclavo y, a su vez, recibir señales de información sobre el estado de éste en la
estación de teleoperación a través de un canal de comunicación que puede ser una
red de computadores, un enlace de radio frecuencia o microondas.
Una estación de teleoperación puede estar compuesta por un computador y, en este
caso, se utilizan los dispositivos de entrada y de salida para interactuar a distancia.
Los dispositivos de entrada pueden ser el teclado y una palanca de control y los de
salida, pueden ser un monitor y los parlantes.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 18
El software que se encuentra en el computador tiene una interfaz gráfica de usuario
que permite interactuar con el robot a distancia. El esclavo es el dispositivo
controlado a distancia, puede ser un móvil, un robot o un brazo mecánico.
Para obtener esta información los robots móviles están provistos de una gran
cantidad de sensores los cuales se encargan de detectar magnitudes físicas, estos
pueden ser de proximidad, posición, inclinación y posiblemente de cámaras de
video, por tal razón en la construcción del software se debe tener en cuenta la
optimización del tiempo en cada tarea.
Además la interfaz hombre máquina debe estar diseñada de tal manera que la
información sea presentada adecuadamente de tal manera que se facilite tanto la
ubicación espacial como el acceso del usuario a la información esencial para así
evitar cuellos de botella.
El esclavo se encuentra en un entorno remoto y se controla a distancia desde una
estación de teleoperación. La persona que lo controla obtiene información del
ambiente en el que se encuentra el robot, esta información es obtenida mediante
sensores, permitiendo al usuario interactuar con el medio ambiente a distancia.
Funcionamiento Del Robot
El robot (esclavo) está controlado por medio de un programa interno con el objeto
de realizar tareas propias y tener mayor autonomía. Este programa esta ubicado en
la memoria de un sistema de procesamiento de datos sea éste un computador, un
DSP (procesador digital de señales), un microprocesador o un microcontrolador.
Los microcontroladores son pequeños computadores provistos de diversas
prestaciones, existe una gran gama lo cual permite adaptarlos en diferentes
aplicaciones, donde su utilización da lugar a estructuras altamente funcionales.
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 19
Inteligencia Artificial Dentro del sistema de procesamiento de datos pueden existir
algoritmos que permitan simplificar el trabajo del operador, estos pueden ser
algoritmos de planeación de trayectorias con el objeto de que el robot realice tareas
simples como ir de una posición ( x , y ) a otra ) evitando obstáculos ( x , y utilizando
la información de los sensores, y la de posición que puede ser obtenida mediante el
uso de brújulas electrónicas, triangulación con sensores infrarrojos o un GPS. IV.
Clasificación Y Algunos Desarrollos
La robótica ha evolucionado con rapidez y se han desarrollado diversos tipos de
robots móviles. Algunos de ellos han sido robots teleoperados y otros robots
dotados de cierto grado de autonomía. Los robots teleoperados pueden clasificarse
de la siguiente manera:
Vehículos terrestres no tripulados
Los vehículos terrestres no tripulados se emplean principalmente en operaciones
militares de reconocimiento de terreno e incursión en zonas peligrosas. El desarrollo
de estos proyectos comúnmente es financiado por el departamento de defensa de
los países desarrollados.
Un ejemplo, es el vehículo teleoperado USMC (US Marine Corp) desarrollado por la
compañía Spawar Systems Center (SSC) de San Diego como parte del programa
Ground Air TeleRobotic Systems (GATERS) bajo la dirección de la Unmanned
Ground Vehicle Joint Program Office (UGV/JPO).
Compuesto principalmente de tres módulos: movilidad, vigilancia y armas y provisto
de cámaras de video y micrófonos para lograr telepresencia .
Existen métodos para hacer la evasión de obstáculos en tiempo real como por
ejemplo el campo de fuerza virtual y el histograma de vector de campo, otra ventaja
Autor: Santos German Valles Jícaro Ingeniería de Sistemas ULADECHPágina 20
del uso de la IA es dotar al robot de mayor autonomía, ya que es posible que el
usuario no tenga el tiempo suficiente, para evitar los obstáculos
ANÁLISIS, PRESENTACIÓN DE RESULTADOS
Análisis de costos
En la implementación de un proyecto debe de considerarse un factor primordial
como lo es el costo total del producto terminado, máquina o sistema a implementar,
ya que según lo que proyecte este resultado se determinará si fuera rentable o no la
implementación del sistema, además se puede determinar si es competitivo frente a
otros sistemas utilizados por otras empresas.
El factor del costo total debe ser considerado según un estudio de mercado local.
De igual manera nos servirá como base para asignarle un precio final en el
comercio local. También debemos considerar que nuestro sistema a implementar
puede romper barreras locales, es decir ser solicitado para criaderos avícolas de
países extranjeros ya que esta industria es muy amplia en el exterior, por tal motivo
debemos considerar costos a nivel de las industrias avícolas en el extranjero.
Por tal motivo se debe considerar aspectos como productos de características
similares, que se venden en el mercado local o que existen en el extranjero y puede
solicitar la contratación de los servicios para la implementación de nuestro sistema
automatizado, previo la cancelación de anticipos para iniciar el diseño y pago total al
término de la implementación, no dejando de lado costo de traslados y viáticos por
ser la implementación en un país extranjero. Para determinar el costo total de la
implementación de nuestro sistema de automatización de un criadero avícola, es
necesario tomar en cuenta los siguientes costos:
• Materiales electrónicos
• Materiales eléctricos
• Materiales mecánicos
• Diseño del sistema electrónico según el área
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Conclusiones
La elección locomoción características como el tipo requerida. De una específica del
proyecto de terreno configuración depende de a realizar tales y la velocidad Los
sensores utilizados en un robot dependen del tipo de obstáculos características del
encuentren y las donde se desplace el mismo. móvil que se entorno En el caso
colombiano, el desarrollo de esta clase de tecnología es muy importante, ya que
existen muchas circunstancias en las cuales se emplean operarios para realizar
diversas tareas de alto riesgo, como la explotación minera, la industria química, la
detección, manipulación, eliminación de cargas explosivas y desminado
humanitario.
La implementación de este sistema hará que el microempresario sea capaz de
manejar su patrimonio de una manera cómoda, segura y confiable, reduciendo
notablemente los costos que la microempresa tiene en cuanto a seguridad y mano
de obra en el proceso de la alimentación y control del producto.
Es importante señalar que el desarrollo de este proyecto tanto en el diseño como en
su implementación ha sido interesante y enriquecedor, ya que fue necesario
combinar conocimientos electrónicos y de sistemas.
Por tal razón es de gran interés la investigación y el desarrollo tecnológico en la
ingeniería actual.
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