Nivel_Automotriz

8/12/2019 Nivel_Automotriz

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Luis Alberto Rodrguez Hernndez, Cdigo; 300398969, [email protected] de Diseo con Electrnica Integrada.

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INDICADOR DE NIVEL PARA COMBUSTIBLE AUTOMOTRIZ.Luis Alberto Rodrguez Hernndez.

Universidad de Guadalajara, centro universitario de ciencias exactas e ingenieras.

Divisin de Electrnica y Computacin, Departamento de Electrnica

Boulevard. Marcelino Garca Barragn No. 1421 y Calzada Olmpica

Telfono / FAX; (++52) (33) 3619-8471 Guadalajara Jalisco. Mxico C. P. 44420 [email protected].

NDICE

1).-Resumen. 2

2).-Antecedentes. 22.1).-Automviles de combustin interna. 22.2).-Opinin pblica. 32.3).-GAL y 89s52. 3

2.3.1).-GAL 32.3.2).-89s52. 42.3.3).-Diagramas esquemticos gal16v8 y 89s52. 5

3).-Desarrollo. 73.1).-Operacin del algoritmo. 83.2).-Procedimiento a seguir para transformar tabla en ecuaciones. 9

4).-Conclusiones y recomendaciones. 134.1).-Conclusiones. 134.2).- Recomendaciones. 13

5).-Referencias bibliogrficas. 14

6).-Referencias. 14


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1).- RESUMEN:

En los sistemas de medicin automotriz donde se requiere establecer el nivel de combustible sehace presente la medida de variables lineales, mediante circuitos pasivos y activos (Activospara Automviles de reciente modelo). El presente Trabajo hace hincapi en los sistemaspasivos, de automviles de modelo antiguo (1950-1997). En este sistema se presenta unaproblemtica gracias a la forma de diseo de los flotadores (figura 1), donde se observa laconstruccin en forma cnica y no uniforme, esto genera poca precisin en la medicin, sedebe a que la resistencia de los conductores est dada por la siguiente frmula:

(Ecuacin 1.1)

Figura 1. Resistencia del flotador de gasolina.

Donde es la longitud del conductor y es la resistividad del propio material, por ende lavariacin de la resistencia no es constante, mientras cambia de posicin el brazo de medicin,la resistencia aumenta de manera no 100% lineal. Se hace uso de dispositivos lgicosprogramables para solucionar esta pequea desviacin, mediante la implementacin de tablasde valores numricos medidos experimentalmente, y la creacin de tablas de valores deseados.Las seales generadas por la resistencia son dirigidas a un convertidor analgico digital(ADC), la seal procesada se conecta a dispositivos lgicos programables (GALS), estosdispositivos son programados mediante ecuaciones obtenidas a razn de la tabla creada, lasecuaciones son obtenidas con ayuda del programa boole-deusto para su simplificacin, a lasalida se conecta un convertidor digital analgico (DAC) y un micro controlador 89s52encargado de desplegar la informacin obtenida, para visualizarla de manera digital medianteun display (LCD), se hace uso de diferentes indicadores, tanto como anlogos y digitales.


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2).- ANTECEDENTES:

2.1).- AUTOMOVILES DE COMBUSTION INTERNA.

Los primeros automviles que requieren de gasolina para funcionar, fueron diseados en elao 1887por el constructor dans Albert F. Hammel [1], a partir de esa poca se abri unnuevo mercado, hidrocarburos. A partir de la apertura de este mercado, los indicadores decombustible fueron necesarios para la implantacin en automviles. Los indicadoresimplementados para realizar la medicin, eran diseados de manera que tienen un dispositivosimilar al utilizado en los flotadores de tinacos (figura 2), el diseo dispositivo tiene una

respuesta no lineal debido al movimiento circular que este presenta, por ende la lectura delindicador era muy inestable e inconstante.

Figura 2. Flotador de gasolina.

2.2).-OPINION PUBLICA.

Se realiza un sondeo a 6 personas donde se pregunta cul es su opinin en referencia a losmedidores de nivel de combustible de los automviles, por lo que las 6 personas responden lamisma problemtica, el medidor no es estable, cuando est lleno el tanque de gasolina, elindicador tarda mucho en comenzar a bajar, y cuando este baja ya lo realiza de manera muyrpida.


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2.3).-GAL y 89S52 8051GAL16V8, Dispositivo lgico programable E2CMOS de altas prestaciones, con 16 entradasAND/OR y tiempos de borrado de alta velocidad.

El 8051 es el primer micro controlador de la familia introducida por Intel Corporation. Lafamilia 8051 de micro controladores son controladores de 8 bits capaces de direccionar hasta64 kbytes de memoria de programa y una separada memoria de datos de 64 kbytes. El 8031(laversin sin ROM interna del 8051, siendo esta la nica diferencia) tiene 128 bytes de RAMinterna (el 8032 tiene RAM interna de 256 bytes y un temporizador adicional).

2.3.1).-GAL

2.3.1.1).-CONCEPTOS FUNDAMENTALES

La fabricacin de dispositivos de lgica programable se basa en los siguientes dos conceptos.

2.3.1.2).-FUNCIONALIDAD COMPLETA

La cual se fundamenta en el hecho de que cualquier funcin lgica se puede realizar medianteuna suma de productos.

2.3.1.3).-CELDAS DE FUNCIONES UNIVERSALES.

Tambin denominadas generadores de funciones, son bloques lgicos configurados paraprocesar cualquier funcin lgica, similares en su funcionamiento a una memoria. En estasceldas se almacenan los datos de salida del circuito combinacional en vez de implementarfsicamente la ecuacin booleana.

2.3.1.4).-DISPOSITIVOS LGICOS PROGRAMABLES

Un dispositivo lgico programable, o PLD (Programmable Logic Device), es un dispositivo

cuyas caractersticas pueden ser modificadas y almacenadas mediante programacin. Eldispositivo programable ms simple es el PAL (Programmable Array Logic). El circuitointerno de un PAL consiste en una matriz de conexiones, un matriz de compuertas AND y unarreglo de compuertas OR. Una matriz de conexiones es una red de conductores distribuidosen filas y columnas con un fusible en cada punto de interseccin, mediante la cual seseleccionan cuales entradas del dispositivo sern conectadas al arreglo AND cuyas salidas sonconectadas al arreglo OR y de esta manera obtener una funcin lgica en forma de suma de


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productos. La mayora de los PLDs estn formados por una matriz de conexiones, una matrizde compuertas AND, y una matriz de compuertas OR y algunos, adems, con registros. Lasmatrices pueden ser fijas o programables. Con estos recursos se implementan las funcioneslgicas deseadas mediante un software especial y un programador de dispositivos. El tipo mssencillo de matriz programable, que data de los aos 60, era una matriz de diodos con unfusible en cada punto de interseccin de la misma. En la figura 3 se muestran los circuitosbsicos para la mayora de los PLDs.

Figura 3. Estructura comnmente utilizadas en plds.

2.3.1.4).-MATRIZ GENRICA PROGRAMABLE

Una Matriz Genrica Programable, GAL (Generic Array Logic), es una denominacin queutilizaba originalmente Lattice Semiconductor y que ms tarde se licenci a otros fabricantes.Un GAL en su forma bsica es un PLD con una matriz AND reprogramable, una matriz ORfija y una lgica de salida programable mediante una macrocelda. Esta estructura permiteimplementar cualquier funcin lgica en forma de suma de productos con un nmero detrminos definido. En los PLDs no reprogramables la sntesis de las ecuaciones lgicas serealiza mediante la quema de fusibles en cada punto de interseccin de los pines de entradacon las compuertas. En un GAL el fusible se reemplaza por una celda CMOS elctricamenteborrable (EECMOS) y mediante programacin se activa o desactiva cada celda EECMOS.Una celda activada conecta su correspondiente interseccin de fila y columna, y una celda

desactivada desconecta dicha interseccin. Con esta structura se puede aplicar cualquiercombinacin de variables de entrada, o sus complementos, a una compuerta AND para generarcualquier operacin producto que se desee.


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2.3.2).-89S52.

Hace unos aos, los sistemas de control se implementaban usando exclusivamente lgica deComponentes, lo que haca que fuesen dispositivos de gran tamao y muy pesados. ParaFacilitar una velocidad ms alta y mejorar la eficiencia de estos dispositivos de control, seTrat de reducir su tamao, apareciendo as los microprocesadores.Siguiendo con el proceso de miniaturizacin, el siguiente paso consisti en la fabricacin deun controlador que Integrase todos sus componentes en un slo chip. A esto es a lo que se leconoce con el nombre de micro controlador, un computador dentro de un slo chip.Las principales caractersticas que diferencian a un micro controlador de un microprocesador

son:1. Son sistemas cerrados, ya que contiene todos los elementos de un computador en unsolo chip, frente a los microprocesadores que son sistemas abiertos, ya que sacan laslneas de los buses de datos, direcciones y control al exterior, para la conexin dememorias, interfaces de E/S, etc.

2. Son de propsito especfico, es decir, son programados para realizar una nica tarea,mientras que los microprocesadores son de propsito general.

La historia del micro controlador surge desde dos vas de desarrollo paralelas; una desde Intely otra desde Texas Instruments. Los primeros micro controladores son el 4004 y 4040 de Intel

que dieron lugar al 8048, a su vez predecesor del 8051. An as el primer micro controladorfue el TMS1000 de Texas Instruments. ste integraba un reloj, procesador, ROM, RAM, ysoportes de E/S en un solo chip.


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2.3.3).-DIAGRAMAS ESQUEMATICOS GAL16V8 Y 89S52.

Figura 4.Microcircuito Gal16v8 [3]


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Figura 5. Diagrama a bloques 89s52 [4].


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3).- DESARROLLO.El objetivo es implementar un dispositivo que muestre el valor real lineal de nivel decombustible automotriz, el diseo de la resistencia del flotador como se observa (figura 1) noes en su totalidad lineal, debido a su construccin, como se puede comprobar con la ecuacin1.Se realiza una medicin experimental a un flotador de automvil modelo 1977 (Datsun)(figura 6) para generar la tabla 1 (valores medidos), se mide de manera lineal en 10 divisionesplenamente calculadas, se concluye con la tabla 1 y procedemos con la simulacin mostradaen la (figura 7), as esclareciendo los valores.

Figura 6. Medicin experimental de valores.

Figura 7. Simulacin de la resistencia del flotador.

El voltaje ms significativo 1v marca un tanque lleno de gasolina y el valor 113mV un tanqueal 10%.


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3.1).-OPERACIN DEL ALGORITMO.

El sistema funciona de tal forma, que si la entrada del circuito resistivo proporciona una sealde 11%, se hace la conversin a un 10%, a la salida del convertidor estar conectado un DACque digitalizara nuevamente la seal, para ser desplegada al micro controlador, para despusdesplegar el valor esperado en un LCD, (pantalla de cristal liquido).

Figura 8. Diagrama a bloques del algoritmo del generador de Valores reales.

A continuacin se muestra la tabla de valores de entrada obtenidos experimentalmente, y latabla de valores se salida. (Valores esperados reales).

Entradas Salidasvolts Digital volts Digital %

I J K L M N O A B C D E F G H0.10 0 0 0 0 1 0 1 0 0.11 0 0 0 0 1 0 1 1 110.20 0 0 0 1 0 1 0 0 0.21 0 0 0 1 0 1 0 1 210.30 0 0 0 1 1 1 1 0 0.33 0 0 1 0 0 0 0 1 330.40 0 0 1 0 1 0 0 0 0.44 0 0 1 0 1 1 0 0 440.50 0 0 1 1 0 0 1 0 0.53 0 0 1 1 0 1 0 1 530.60 0 0 1 1 1 1 0 0 0.61 0 0 1 1 1 1 0 1 610.70 0 1 0 0 0 1 1 0 0.68 0 1 0 0 0 1 0 0 680.80 0 1 0 1 0 0 0 0 0.77 0 1 0 0 1 1 0 1 770.90 0 1 0 1 1 0 1 0 0.83 0 1 0 1 0 0 1 1 831.00 0 1 1 0 0 1 0 0 1.00 0 1 1 0 0 1 0 0 100

Tabla 1. Tabla de seal de entrada vs salida Real lineal.

3.2). PROCEDIMIENTO A SEGUIR PARA TRANSFORMAR LA TABLAEN ECUACIONES.Paso 1).-identificar la funcin que realiza el circuito.Se toma la seal de entrada de 0.11 Volts hasta 1 Volts, 0.11 volts representa un 10% deltanque y 1 volts el 100% del tanque, por ende es una respuesta lineal, la funcin que realiza elcircuito es corregir las pequeas variaciones creadas.


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Paso 2).-se produce una tabla de seales de entrada y salida.ENTRADA.Esta tabla, contiene el valor de voltaje de entrada con datos correspondientes al cdigo binariode 8 bits que los relaciona.Se establece una referencia, por cada bit all un incremento de 10mV.La tabla completa desde 0.11V hasta 1V con incrementos de 10mV se muestra en la tabla 1.SALIDA.Se aplica un rango de valores de 0.1 volts a 1volts, con 10 divisiones lineales, y se conviertenal cdigo binario de la misma manera que se hizo en el paso anterior.

Paso 3).-se obtienen las ecuaciones.Mediante la herramienta Boole-Deusto (figura 9) se obtienen de manera sencilla las ecuacionesde la tabla 1, evitando el uso de mapas de karnaugh, se utiliza una variable de salida por cadaocho variables de salida.

Figura 9. Boole-Deusto.

Ecuaciones Obtenidas:


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Paso 4).-programacin de ecuaciones.Uso de la computadora y compilador opal, opal es un compilador de la empresa nationalsemiconductors de distribucin gratuita. En el opal se genera el archivo necesario para laprogramacin del circuito Gal16v8, las ecuaciones obtenidas en Boole-Deusto sonintroducidas al compilador para su programacin fsica.

Paso 5).-convertidores analgicos digitales y digitales analgicos.Una vez que se tiene el Gal programado y funcionando se agrega una ADC a la entrada delcircuito y un DAC al final del mismo para completarlo, tal como se muestra en la figura 10, deesta forma se obtiene un voltaje de entrada analgico, y uno de salida tambin analgico quevan del rango de los 0.10 Volts a 1 Volts.

Figura 10.diagra a bloques del circuito principal.

Paso 6).-integracin de componentes secundarios.Del paso 1 al paso 5, se propone el desarrollo del componente principal, o el corazn delproyecto que es el corrector de seal, en donde una seal poco precisa se convierte en unaseal 100% lineal. En el paso 6 se enfatiza la conexin de los componentes secundarios,catalogado como indicadores y control de indicacin.


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Figura 11. Diagrama a bloques del circuito final.

El diagrama a bloques del sistema (figura 11), muestra una serie de componentes nuevos, estoscomponentes son los siguientes: DAC, amplificador operacional, 89s52, indicador analgico,indicador visual y un display LCD.


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Paso 7).-Diseo de componentes secundarios.1) A la salida del Gal16v8, se conecta un convertidor Digital analgico, el que sirve para

transformar la salida binaria lineal en un valor analgico. La salida del DAC estainterconectada con un indicador analgico tradicional.

Figura 12. Medidor analgico.

2) A la salida del Gal16v8, se conecta al micro controlador 89s59, que realiza la funcinde decodificar mediante re direccionamiento indexado, los valores binarios Reales de latabla 1, para despus ser desplegados en un display LCD. El valor binario Real 0 0 0 01 0 1 0 de la tabla 1 equivale en hexadecimal a 0AH y el valor binario ms alto es 0 1 1 0 0 10 0,el equivalente en hexadecimal es 64H, consecutivamente se realiza la transformacincompleta de la tabla 1.

3) A la salida del micro controlador 89s52 se interconecta el display LCD y un indicadoranalgico ptico, el LCD se utiliza para desplegar el valor numrico medido.

Figura 13. Conexin 89s52 con LCD.[6]


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3.3).-DIAGRAMA DE FLUJO, PARA CDIGO 89s52, INTERFAZ LCD.

Figura 14. Diagrama de flujo para interfaz LCD.


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3.3).-DIAGRAMA ESQUEMATICO.

Figura 15. Diagrama esquemtico circuito final.


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4).-CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.4.1).- Conclusiones

En el presente trabajo, se logra corregir una seal inestable, mediante el uso de circuitoslgicos programables,Las mediciones que se hacen, logran una resolucin del 1% de error en/- 10 mVolts, la calibracin del circuito digital es simple y segura, el circuito posee unaprecisin suficiente para aplicacin deseada. La implementacin del cdigo ensamblador parael micro controlador 89s52 presenta inconvenientes de diseo debido que al presentarse unamedicin no establecida en la tabla este dispositivo despliega valores errneos. Los flotadoresautomotrices para la medicin de nivel de combustible son variados, por lo que se genera una

problemtica. La implementacin general del dispositivo cumple con las expectativasesperadas, tener una medicin de nivel de combustible que sea constante y que en cualquiermomento se tenga la seguridad de que el nivel mostrado en el indicador sea el adecuado.

4.2).- Recomendaciones.

En el presente trabajo se recomienda tomar esencial importancia en el diseo del proyecto, yaque existen tecnologas ms nuevas que pueden simplificar la implementacin del mismo, elcircuito diseado requiere niveles de corriente altos, los cuales el micro controlador 89s52 noposee, por lo que se hace necesaria la utilizacin de buffers para poder manejar losrequerimientos de corriente, una solucin a esta problemtica es la utilizacin del microcontrolador ATMEGA8 el cual maneja mejores niveles de corriente.Se recomienda disear un circuito que estandarice la resistencia del flotador del automvilpara obtener los valores establecidos en la tabla 1, esto es para la obtencin de mejoresresultados.Es importante redisear el cdigo ensamblador del micro controlador 89s52, para evitar quemuestre valores no correctos en la pantalla LCD, esto se logra creando rangos de voltaje ycomparaciones dentro del cdigo ensamblador.Al implementar fsicamente el proyecto, es necesario establecer ubicaciones especficas para labuena visualizacin de los indicadores como buena iluminacin, o la utilizacin de LCD conretro iluminacin.


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5).- REFERENCIAS BIBLIOGRFICAS.

v circuito generador de seales lineales a partir de tablas numricas no lineales, J. G.Mateos,SOMI XXI, octubre del 2006,

v Fualkenbery, Introduccin a los Amplificadores Operacionales, (1996).

v http://www.monografias.com/trabajos15/automovil-historia/automovil-historia.shtml

v Programmable Logic Devices Databook and Design Guide, National Semiconductor, 1990.

v http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1919.pdf.

v Francisco Javier Torres, Dispositivos lgicos programables, Universidad autnoma deGuadalajara.

6).- REFERENCIAS

[1].-http://www.monografias.com/trabajos15/automovil-historia/automovil-historia.shtml

[2] circuito generador de seales lineales a partir de tablas numricas no lineales, J. G. Mateos,SOMI XXI, octubre del 2006,1-8.

[3]Programmable Logic Devices Databook and Design Guide, National Semiconductor, 1990.

[4] http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc1919.pdf Pagina. 3.

[6] http://www.electrofriends.com/articles/lcd/lcd_page2.html

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