PFC Jorge De León Rivas

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA

CIVIL E INDUSTRIAL

Proyecto Fin de Carrera

DESARROLLO DE UN VEHÍCULO ELÉCTRICO DE

CONTROL MANUAL Y REMOTO.

Titulación: Ingeniería Técnica Industrial. Especialidad Electrónica Industrial

Alumno: Jorge De León Rivas

Tutor: D. Jesús Miguel Torres Jorge

28 de Junio de 2013

Agradecimientos

Me gustaría empezar dedicando este proyecto a la memoria de mis abuelos y de mi tío que tanto me enseñaron cuando era pequeño y me atrajeron a este mundo de la electrónica.

Quiero expresar mi agradecimiento, por su insustituible ayuda en este proyecto, a mi tutor, Jesús Torres.

Y expresar también mi gratitud al resto de personas que me han ayudado a lograr mi objetivo. Algunas me han ayudado aportando material, otras una mano, o las dos, cuando ha hecho falta montarlo algo y otras me han dado los empujones anímicos cuando más me han hecho falta.

Sin el apoyo de todos ellos, no lo hubiese conseguido.

Muchas gracias a todos.

“[…] En un mundo donde hay más ordenadores que personas, tenemos que comprender como funcionan las cosas, ya no para poder arreglarlos, sino, sencillamente, para poder comprender como funciona nuestra vida.

Y yo creo que es una necesidad.”.

David Cuartiles. Arduino: The Documentary. 2010.

Parte I

Memoria


CIVIL E INDUSTRIAL




TOMO I

Memoria




28 de Junio de 2013

Índice

1. INTRODUCCIÓN: ............................................................................................ 1 1.1 Marco general del proyecto: ........................................................................................................................ 1 1.2 Objetivos: ......................................................................................................................................................... 3

1.2.1 Etapas del proyecto .......................................................................................................................................... 4 1.3 Estructura de la memoria: ............................................................................................................................ 6

2. MARCO Y ASPECTOS GENERALES: ............................................................. 7 2.1 Descripción general del proyecto: .............................................................................................................. 7 2.2 Software y hardware abierto: ....................................................................................................................... 8

2.2.1 Arduino: .......................................................................................................................................................... 9 2.2.2 ISIS Proteus: ................................................................................................................................................ 15 2.2.3 DIPTrace: .................................................................................................................................................... 16 2.2.4 LiveCode Community 6.0: .......................................................................................................................... 16

3. ANÁLISIS DE OTROS VEHÍCULOS CONSTRUIDOS, DISEÑO Y FABRICACIÓN DEL PROTOTIPO: .................................................................... 17 3.1 Go-karts: ......................................................................................................................................................... 17 3.2 Vehículos estudiados: .................................................................................................................................. 18

3.2.1 CapKart: ....................................................................................................................................................... 18 3.2.2 TinyKart: ...................................................................................................................................................... 21 3.2.3 Alexei 6x6: .................................................................................................................................................. 21 3.2.4 NeurotiKart: ................................................................................................................................................. 22

3.3 Diseño y construcción: ............................................................................................................................... 23

4. DISEÑO DE LA ELÉCTRONICA DEL VEHÍCULO ................................... 33 4.1 Idea general: ................................................................................................................................................... 33 4.2 Arduino MEGA 2560: ................................................................................................................................ 35 4.3 Módulo Ethernet: ......................................................................................................................................... 38 4.4 Panel de control: ........................................................................................................................................... 39

4.4.1 Interruptor selector de modo: ........................................................................................................................ 40 4.4.2 Interruptor selector marcha: ......................................................................................................................... 48 4.4.3 Acelerador de moto: ...................................................................................................................................... 51 4.4.4 Thumb joystick: ............................................................................................................................................ 52 4.4.5 Displays 7 segmentos: ................................................................................................................................... 55 4.4.6 Panel LED informativo: ............................................................................................................................. 58 4.4.7 PCB Panel de Control: ................................................................................................................................ 60

4.5 Sistema de dirección: ................................................................................................................................... 60 4.6 Sistema de tracción: ..................................................................................................................................... 66

4.6.1 Puente H: ..................................................................................................................................................... 69 4.7 Protecciones: .................................................................................................................................................. 87 4.8 Conexiones eléctricas y secciones de cable: ........................................................................................... 89

5. DISEÑO DEL SOFTWARE PARA ARDUINO .............................................. 92 5.1 Esquema general: ............................................................................................................................................. 92 5.2 Local 1: ............................................................................................................................................................ 93 5.3 Local 2: ............................................................................................................................................................ 93 5.4 Remoto: ............................................................................................................................................................. 95 5.5 Avance: ............................................................................................................................................................. 96 5.6 Retroceso: .......................................................................................................................................................... 96 5.7 Paro: ................................................................................................................................................................. 97

MEMORIA 14

5.8 Letrero: ............................................................................................................................................................. 97

6. DISEÑO DEL SOFTWARE PARA EL DISPOSITIVO MÓVIL .................... 99 6.1 Introducción ...................................................................................................................................................... 99 6.2 Comunicación ................................................................................................................................................. 100 6.3 Estructura del programa ............................................................................................................................... 101 6.3.1 Carta Inicio: ............................................................................................................................................... 101 6.3.2 Carta Configuración: ................................................................................................................................. 102 6.3.3 Carta Conducción: ..................................................................................................................................... 103

7. CONCLUSIONES Y RESULTADO: ............................................................ 106

8. BIBLIOGRAFÍA: ........................................................................................... 108

MEMORIA 15

Índice de ilustraciones

Ilustración 1.1 Dispositivo de control de velocidad "chino" ..................................... 2

Ilustración 1.2 Diagrama de flujos de las etapas del proyecto. ................................... 4

Ilustración 1.3 Procedimiento de desarrollo del vehículo ........................................... 6

Ilustración 2.1 Elementos de control del vehículo ...................................................... 8

Ilustración 2.2 Miembros del Arduino Team ............................................................ 10

Ilustración 2.3 Comparación entre la placa Arduino y la BASIC Stamp .................. 10

Ilustración 2.4 Comparativa de precios entre el chip ATMega y el BASIC ............... 11

Ilustración 2.5 Primera placa de wiring ...................................................................... 11

Ilustración 2.6 Primer prototipo de placa Arduino ................................................... 12

Ilustración 2.7 IDE. Entorno de desarrollo de Arduino ............................................ 13

Ilustración 2.8 Primera placa de Arduino oficial ....................................................... 14

Ilustración 2.9 Diferentes modelos de placas de Arduino ......................................... 15

Ilustración 2.10 Arduino + módulo Ethernet ............................................................ 15

Ilustración 3.1 Modelos de Go-Karts de madera ....................................................... 17

Ilustración 3.2 Modelos de Go-Karts más elaborados ............................................... 18

Ilustración 3.3 CapKart .............................................................................................. 19

Ilustración 3.4 Diferencial del CapKart ..................................................................... 19

Ilustración 3.5 Batería del CapKart ........................................................................... 19

Ilustración 3.6 Motor del CapKart y esquema de protección .................................... 20

Ilustración 3.7 Caja del ultra-condensador ................................................................ 20

Ilustración 3.8 Detalles del TinyKart ......................................................................... 21

Ilustración 3.9 Detalles del Alexei 6x6 ....................................................................... 22

Ilustración 3.10 NeurotiKart ...................................................................................... 23

Ilustración 3.11 Componentes principales de un kart ............................................... 24

Ilustración 3.12 Planos de un chasis casero .............................................................. 25

Ilustración 3.13 Distintas fotos del miniquad ............................................................ 26

Ilustración 3.14 Detalles del miniquad ...................................................................... 27

Ilustración 3.15 Organización del kart ...................................................................... 27

Ilustración 3.16 Detalle del soporte para motor ........................................................ 28

Ilustración 3.17 Manillar y brazo de la dirección ...................................................... 29

Ilustración 3.18 Tornillos del vehículo ...................................................................... 30

Ilustración 3.19 Detalle del eje trasero ....................................................................... 31

Ilustración 3.20 Diseño del barstool .......................................................................... 32

Ilustración 4.1 Entradas y salidas necesarias ............................................................ 34

MEMORIA 16

Ilustración 4.2 Estructura del programa ................................................................... 37

Ilustración 4.3 Arduino Mega .................................................................................... 38

Ilustración 4.4 Ethernet shield .................................................................................. 38

Ilustración 4.5 Elementos del panel de control ......................................................... 39

Ilustración 4.6 Selector de modo ............................................................................... 40

Ilustración 4.7 Voltajes para el selector de modo ...................................................... 41

Ilustración 4.8 Divisor de tensión .............................................................................. 41

Ilustración 4.9 Conexiones del selector de modo ...................................................... 42

Ilustración 4.10 Conexiones del selector de modo en la protoboard ........................ 45

Ilustración 4.11 Selector de marcha ........................................................................... 48

Ilustración 4.12 Conexiones selector de marcha ....................................................... 49

Ilustración 4.13 Conexiones del selector de marcha en la protoboard ...................... 50

Ilustración 4.14 Acelerador de moto .......................................................................... 51

Ilustración 4.15 Conexiones acelerador de moto ....................................................... 51

Ilustración 4.16 Thumb joystick ................................................................................ 52

Ilustración 4.17 Ejes del thumb joystick .................................................................... 52

Ilustración 4.18 Conexiones thumb joystick e interruptores fin de carrera .............. 53

Ilustración 4.19 Conexiones thumb joystick en la protoboard .................................. 53

Ilustración 4.20 Valores de los potenciometros para las acciones ............................ 54

Ilustración 4.21 Displays de 7 segmentos .................................................................. 55

Ilustración 4.22 Conexiones de los displays .............................................................. 56

Ilustración 4.23 Conexión display cátodo común ..................................................... 58

Ilustración 4.24 LED SMD ........................................................................................ 58

I Ilustración 4.25 Posición LEDs indicadores .......................................................... 59

Ilustración 4.26 Diseño PCB para el panel de control .............................................. 60

Ilustración 4.27 Sistema de dirección hidraúlico ...................................................... 61

Ilustración 4.28 Funcionamiento de un servomotor ................................................. 62

Ilustración 4.29 Actuador eléctrico para la dirección ................................................ 63

Ilustración 4.30 Puente H con LM298 y datos técnicos ............................................ 63

Ilustración 4.31 Rectas de carga del actuador eléctrico ............................................ 64

Ilustración 4.32 Sistema de dirección del vehículo ................................................... 65

Ilustración 4.33 Resistencia pull-down del interruptor fin de carrera ....................... 66

Ilustración 4.34 Primer motor utilizado .................................................................... 68

Ilustración 4.35 Comparación entre el primer motor y el segundo ........................... 68

Ilustración 4.36 Desgaste en el neumático para la colocación del motor ................. 69

MEMORIA 17

Ilustración 4.37 La letra H formada por la ubicación de los conmutadores en el circuito ....................................................................................................................... 70

Ilustración 4.38 Circulación de la corriente según las llaves que se cierren ............. 70

Ilustración 4.39 Primer puente H creado .................................................................. 71

Ilustración 4.40 Datos necesarios para el funcionamiento de los MOSFETs .......... 71

Ilustración 4.41 Etapa BJT ........................................................................................ 73

Ilustración 4.42 Respuesta de la etapa BJT ............................................................... 74

Ilustración 4.43 Etapa BJT con motor y respuesta de la etapa ................................. 74

Ilustración 4.44 Etapa radiofrecuencia y resultado ................................................... 75

Ilustración 4.45 Etapa radio frecuencia y resultados ................................................ 75

Ilustración 4.46 Configuración PWM Arduino .......................................................... 76

Ilustración 4.47 Resultado etapa 7.8125 kHz ............................................................. 76

Ilustración 4.48 Etapa optoacoplador y resultado ..................................................... 77

Ilustración 4.49 Distintas pruebas para la activación del N-MOS ............................ 78

Ilustración 4.50 Puente H de Gary L. Chemelee ....................................................... 79

Ilustración 4.51 Gráficas para la optimización del optoacoplador ............................ 80

Ilustración 4.52 Esquema conexión optoacoplador .................................................. 81

Ilustración 4.53 Resultados Puente H definitivo ....................................................... 82

Ilustración 4.54 Placa para los optoacopladores ....................................................... 83

Ilustración 4.55 Diodo en paralelo con inductancia .................................................. 84

Ilustración 4.56 Diodo en paralelo con resistencia en serie ...................................... 85

Ilustración 4.57 Diodo empleado en el proyecto ....................................................... 85

Ilustración 4.58 Colocación de los diodos de protección .......................................... 86

Ilustración 4.59 Interruptor magnetotérmico ............................................................ 87

Ilustración 4.60 Fusible de car audio empleado ........................................................ 88

Ilustración 4.61 Conexiones del vehículo .................................................................. 89

Ilustración 4.62 Caja de control ................................................................................. 91

Ilustración 4.63 Conexiones de los MOSFETs y el mototr ....................................... 91

Ilustración 5.1 Esquema general ............................................................................... 92

Ilustración 5.2 Modo "Local 1" ................................................................................. 93

Ilustración 5.3 Modo "Local 2" ................................................................................. 94

Ilustración 5.4 Modo "Volante" ................................................................................ 94

Ilustración 5.5 Modo "Remoto" ................................................................................ 95

Ilustración 5.6 Función "Avance" ............................................................................. 96

Ilustración 5.7 Función "Retroceso" ........................................................................ 96

Ilustración 5.8 Función "Paro" ................................................................................. 97

MEMORIA 18

Ilustración 5.9 Función "Letrero" ............................................................................. 98

Ilustración 6.1 Conexión vía wifi ............................................................................. 100

Ilustración 6.2 Estructura del programa .................................................................. 101

Ilustración 6.3 Carta "Inicio" ................................................................................... 101

Ilustración 6.4 Carta "Configuración" .................................................................... 102

Ilustración 6.5 Carta "Conducción" ........................................................................ 103

Ilustración 6.6 Carta "Conducción" ........................................................................ 103

Ilustración 6.7 Acelerómetros del móvil .................................................................. 104

Ilustración 6.8 Modo "Avance" activado ................................................................ 105

MEMORIA 19

Índice de tablas

Tabla 2.1 Modos de funcionamiento del vehículo ..................................................... 8

Tabla 3.1 Comparativa vehículos ya construidos ...................................................... 23

Tabla 4.1 Entradas y salidas necesarias .................................................................... 35

Tabla 4.2 Conexiones Serial del Arduino .................................................................. 37

Tabla 4.3 Pines para interrupciones externas del Arduino ....................................... 37

Tabla 4.4 Pines seleccionados ................................................................................... 40

Tabla 4.5 Conexiones selector de marcha ................................................................. 48

Tabla 4.6 Valores para un display .............................................................................. 57

Tabla 4.7 Valores resistencias para los LEDs ........................................................... 60

Tabla 4.8 Datos técnicos del motor ........................................................................... 66

Tabla 4.9 Secciones de cable calculadas ................................................................... 90

MEMORIA 1

1. INTRODUCCIÓN:

Es bastante difícil imaginar el mundo actual sin los medios de transporte que nos

rodean y utilizamos a diario. Sin ellos seguiríamos desplazándonos a pie o sobre animales y,

por supuesto, nos sería imposible recorrer las largas distancias en el tiempo que empleamos

diariamente.

En las ciudades más masificadas del mundo, el coche es el medio de transporte más

usado pero debido a la gran cantidad de contaminación que generan y el movimiento

social, que cada vez está adquiriendo más importancia, de concienciación social sobre el

cuidado del medio ambiente la gente, al igual que los fabricantes de vehículos, se han dado

cuenta de que es hora de empezar a cambiar para poder vivir en un ambiente menos

nocivo.

Es por ello, que desde la década anterior, y junto con la alerta de las existencias de

petróleo han tomado más importancia en la sociedad actual los vehículos de energías

alternativas. De entre todas las alternativas los vehículos que más auge tienen son los

híbridos y eléctricos.

1.1 Marco general del proyecto:

Este proyecto de fin de carrera ha fijado su objetivo en la realización de un

prototipo de vehículo eléctrico capaz de desplazar a una persona por una ciudad sin

generar ningún tipo de contaminación ayudando a mejorar la calidad de vida.

Durante los últimos años con la gran reducción en los precios de los componentes

electrónicos, la gran evolución que han tenido los microcontroladores y la espectacular

evolución de información en internet son incontables los proyectos que se pueden

encontrar de vehículos eléctricos caseros que se han creado.

Los circuitos que gobiernan estos vehículos también han evolucionado en gran

medida, en un principio solo eran posibles para gente que poseyese elevados

conocimientos de electrónica y pudiese elaborar sus propias placas, pero a día de hoy con el

auge de la industria china se pueden encontrar los circuitos ya montados de forma que solo

hace falta instalarlo en el vehículo y conectarle las entradas y salidas tal y como se muestra

en la figura 1.1.

MEMORIA 2

Sin embargo estos módulos que se pueden adquirir tienen sus limitaciones y solo

ofrecen un sentido de giro a las ruedas. Y para un coche esto es insuficiente, un coche debe

poder moverse tanto hacia delante como marcha atrás o quedarse quieto. También necesita

de una dirección que por norma general suele ser manual, pero lo ideal es crear una que

funcione de manera electrónica para gente con discapacidad que se vea incapaz de mover

un volante.

La idea que ayudó a impulsar este proyecto como proyecto de fin de carrera surge a

raíz de un artículo publicado en el blog de bricogeek.

“Con su estupendo y elegante acabado el Chibikart hace que sus desarrolladores se

sientan como niños en el MIT. Es una variación (evolución?) del tinyKart y utiliza dos potentes

motores eléctricos bobinados y hechos a medida que van incrustados dentro de una pequeña rueda.

El resultado es absolutamente impresionante. Está claro que en un proyecto así no vale la pena

hacerse uno solo sino dos para darse una pachanga! No os perdáis la mini carrera nocturna en un

aparcamiento del MIT con estos dos bichos... no tiene precio.

Bueno vale, me pido uno, o mejor dos, para navidades (para ir adelantando tiempo) !”

En él se muestra la evolución del primer diseño que había hecho el MIT

(Massachusetts Institute of Technology) de un go-kart.

La mayoría de los vehículos caseros creados suelen emplearse para el disfrute

personal y suelen fabricarse una única vez. Con este proyecto se pretende sentar las bases

para crear un movimiento que ayude a la gente a fabricar sus propios vehículos.

Los requisitos que se han de conseguir es que sea un vehículo eléctrico de pequeño

tamaño fácil de manejarse, sobre todo para personas con discapacidad, que tenga

Ilustración 1.1 Dispositivo de control de velocidad "chino"

MEMORIA 3

autonomía suficiente para un uso diario y, por supuesto, sea de bajo costo y siempre en la

mente la idea del open-hardware.

En este proyecto se prototipará un vehículo con las ideas mencionadas

anteriormente.

1.2 Objetivos:

El objetivo principal de este proyecto es crear un diseño de vehículo con los

componentes eléctricos y electrónicos necesarios para su funcionamiento autónomo y dar

toda la información necesaria para que la gente que lo desee pueda producir el suyo propio.

La mayor de las expectativas del proyecto es que el prototipo sea capaz de cumplir los

objetivos del diseño y su funcionamiento sea aceptable. Se realizan los trabajos y objetivos

del proyecto siguiendo una secuencia lógica para el procedimiento. Dicha secuencia se

puede observar en el esquema 1.1.

MEMORIA 4

1.2.1 Etapas del proyecto

Por orden cronológico, las etapas del proyecto fueron la documentación y estudio

de vehículos ya construidos, el estudio de los circuitos eléctricos y de los componentes

necesarios, el estudio y diseño del vehículo, el estudio de la tarjeta Arduino, análisis de las

comunicaciones de red local y servidor-cliente, desarrollo de software y hardware para

cumplir los requisitos y sus pruebas de funcionamiento y finalmente la implementación del

vehículo.

Documentac ión y es tudio de vehículos ya construidos :

Se adquiere y revisa diversa información de algunos de los vehículos creados por

diferentes personas u organizaciones y se analizan sus puntos fuertes y los débiles para

tenerlos en cuenta en el diseño final.

Documentación

Diseño software para Android

Diseño software para Ardunio

Diseño hardware

Construcción chasis

Estudio elementos necesarios

Ilustración 1.2 Diagrama de flujos de las etapas del proyecto.

MEMORIA 5

Estudio de los c i r cui tos e l é c tr i cos y de los componentes necesar ios :

Se dedicó bastante tiempo a la labor de estudiar, encontrar y adaptar los circuitos

eléctricos para el control del motor, de la dirección, un panel de información, los

actuadores necesarios, los sensores, tarjeta controladora Arduino y módulo de Ethernet.

Diseño y construcc ión de la es tructura de l vehículo :

Con la información recabada en los dos apartados anteriores se buscó el mejor

diseño del vehículo para proceder a su construcción.

Estudio de la tar j e ta Arduino:

Se estudió toda la información referente al microcontrolador, una placa Arduino y

el módulo Ethernet.

Anális i s de las comunicac iones de red local y serv idor -c l i ente :

Se analizaron como es la estructura de las redes locales y sus configuraciones, así

como se comporta una estructura servidor-cliente.

Desarrol lo de so f tware :

Se realizaron los códigos y programas necesarios para ejecutar el control del

vehículo y el enlace. Para ello hubo que programar el cliente en una aplicación para el

sistema operativo Android y el servidor junto con el control del vehículo en la placa

Arduino.

Desarrol lo de hardware :

Se desarrolló el hardware necesario. Se diseñaron y fabricaron las siguientes placas:

una placa controladora para el puente H, otra para la selección de modos, marcha y luces,

otra para los LEDs indicadores de estado del coche, y otra para indicar la posición del

acelerador.

Requis i tos de l diseño:

El vehículo a implementar debía de cumplir una serie de criterios y especificaciones

para su correcto funcionamiento y su uso a posterior. Entre estos criterios se encuentran su

funcionalidad y su bajo coste. Además los dispositivo a fabricar deberá ser capaz de tener

una autonomía suficiente para su uso diario y capaz de soportar climatología adversa, por

lo que deberán estar protegidos contra los efectos del viento, la lluvia, el sol, la humedad y

MEMORIA 6

posibles agresiones físicas. La autonomía resulta un factor muy importante, y se debe

pensar que el dispositivo ha de poder funcionar el suficiente tiempo como para no

quedarse sin energía a mitad del recorrido.

Pruebas:

En esta etapa se comprueba el funcionamiento del prototipo desarrollado y se

observan sus capacidades. Se realizan medidas de alcance con el cliente-servidor, pruebas

de duración de las baterías y de manejabilidad. Con todas estas pruebas realizadas se

estudian posibilidades para mejorar el vehículo.

1.3 Estructura de la memoria:

Para la elaboración de este documento se ha utilizado el programa Microsoft Office

como sistema de preparación de documentos para la impresión de alta calidad. Se ha

estructurado en tres partes: la primera contiene la memoria. El pliego de condiciones y el

presupuesto se encuentran en la segunda y en la última parte se han incluido algunos

anexos con los listados de programas, los esquemas electrónicos realizados y algunas hojas

de datos de especial interés. La primera parte que contiene la memoria del proyecto se ha

comenzado con esta introducción, se sigue con la descripción del marco del proyecto y una

introducción general de las partes del mismo. Seguidamente se describen en 4 capítulos

separados, análisis de otros vehículos construidos, diseño y fabricación del prototipo,

desarrollo y prueba de toda la electrónica del control, estructura del código implementado

en Arduino y estructura del programa creado para los dispositivos móviles.. El siguiente

capítulo contiene los resultados obtenidos tanto de las distintas pruebas realizadas como

frente a los objetivos planteados.

Ilustración 1.3 Procedimiento de desarrollo del vehículo

NO

DOCUMENTACIÓN ESTUDIO

COMPONENTES NECESARIOS

DISEÑO VEHÍCULO DISEÑO SOFTWARE DISEÑO HARDWARE ¿FUNCIONA CORRECTA-‐MENTE?

FIN

MEMORIA 7

2. MARCO Y ASPECTOS GENERALES:

En este capítulo se realiza una descripción general del proyecto, así como de los

aspectos más genéricos del proyecto, tratándose temas como el uso del software y

hardware abierto.

2.1 Descripción general del proyecto:

Se trata de un vehículo capaz de funcionar de manera autónoma, cuya conducción

pueda realizarse sentado en el mismo o con una comunicación mediante el estándar 802.11,

Wi-fi, con un dispositivo que utilice el sistema operativo Android y actúe como cliente.

En la figura 2.1 se muestra esquemáticamente las partes del sistema. En la parte de

electrónica es donde se ha realizado la mayor parte del desarrollo del proyecto. Consta de

una etapa con optoacopladores para aislar el Arduino del circuito de potencia, un puente H

para controlar los dos sentidos de avance, otro puente H para el actuador lineal de la

dirección y la tarjeta de Arduino con el módulo Ethernet. La conexión entre los puente H y

el procesador se hace a través de los pines de entrada y salida de éste último. El Arduino y

el módulo Ethernet se encargan del envío y la recepción en paquetes TCP/IP por Ethernet

a través del router instalado. Por medio de la antena del router se genera una señal Wi-fi

con la que se enlaza al dispositivo cliente.

A grandes rasgos, tenemos un proyecto en el que se usarán tanto salidas del tipo

booleano como PWM, entradas analógicas y conexiones mediante red local. Donde hará

falta implementar circuitos de electrónica digital y de potencia, configurar la velocidad de

trabajo del Arduino para que el motor funcione correctamente y crear una red servidor-

cliente.

A continuación se muestra un esquema del sistema de control del coche y como

circula el envío de información. Además se incluye una tabla con los modos de

funcionamiento.

MEMORIA 8

Modo Tracción Dirección

Local 1 Acelerador de moto Manual

Local 2 Eje Y Thumbpad Eje X thumbpad

Remoto Teléfono móvil Teléfono móvil

Tabla 2.1 Modos de funcionamiento del vehículo

2.2 Software y hardware abierto:

Se han realizado todos o casi todos los objetivos de este proyecto utilizando

software y hardware libre o en versiones gratuitas. Lo que ha resultado eficaz, versátil y

funcional. El software libre o abierto es todo aquel que cumpla con las cuatro libertades,

“libertad de usar el programa para cualquier propósito”, “libertad para poder estudiar,

modificar el programa y adaptarlo a nuestras necesidades”, “libertad de distribuir

libremente copias del software” y “libertad para mejorar el código y hacer públicas dichas

mejoras con la finalidad de que la comunidad de usuarios se beneficie”.

Ilustración 2.1 Elementos de control del vehículo

MEMORIA 9

De un mismo modo es aplicable la cualidad de libre a todo aquel hardware cuyas

especificaciones, esquemas e información referente a su fabricación y uso sean de carácter

público.

“La idea del open-hardware nace debido, a que por culpa de la estandarización y del

sistema de patentes, se cierra la posibilidad para mucha gente la oportunidad de aprender

como funcionan las cosas y queda reservado a un grupo de gente, que son los hackers, que

por tener mayores conocimientos técnicos, o se sentían con la capacidad de abrir un

elemento electrónico y mirar que es lo que había dentro. Y, es que el hardware-abierto

significa volver a mirar que hay dentro de las cosas, pero hacerlo de una forma que esté

permitido, o sea, que sea éticamente correcto, que sea legal, y que permita mejorar la

educación. Entonces el hardware-abierto es un sistema que permite a la gente educarse en

como funcionan las cosas. En un mundo donde hay más ordenadores que personas,

tenemos que comprender como funcionan las cosas, ya no para poder arreglarlos, sino,

sencillamente, para poder comprender como funciona nuestra vida. Y yo creo que es una

necesidad.”. David Cuartiles. Arduino: The Documentary. 2010.

En este proyecto se decide realizar todos los trabajos, que sean posibles, con

herramientas tanto de software como de hardware libre. Los elementos usados se describen

brevemente en las siguientes subsecciones.

2.2.1 Arduino:

Arduino comenzó como un proyecto en el Instituto de Diseño Interactivo de Ivrea

(IDII o Ivrea), Italia, en 2005. Pero su origen está ya estaba presente en otros proyectos en

los que habían trabajo sus creadores.

El equipo de desarrollo de Arduino está formado por: Massimo Banzi (diseñador y

creador web), David Cuartielles (ingeniero electrónico), Tom Igoe (profesor at New York

University's Interactive Telecommunications Program (ITP)), Gianluca Martino (diseñador

y fabricante de las placas) y David Mellis (ingeniero en el MIT).

MEMORIA 10

El objetivo era crear una herramienta para los estudiantes que fuera más moderna

de las que había disponible en el mercado, sobre todo, porque la herramienta que usaba

todo el mundo, se llamaba BASIC Stamp.

Una placa de BASIC Stamp costaba unos 80€ (alrededor de 119$) así que resultaba

muy caro para los estudiantes que no querían gastar dinero en comprar muchas placas tan

Ilustración 2.2 Miembros del Arduino Team

Ilustración 2.3 Comparación entre la placa Arduino y la BASIC Stamp

MEMORIA 11

caras, por lo que empezaron a buscar alternativas, además estaban trabajando en

processing. Así que decidieron hacer un simil de este lenguaje de programación en

hardware.

Con esta idea nació la plataforma wiring y a partir de su finalización, el team

Arduino empezó a buscar como hacerla más simple, barata y sencilla de usar. El

proyecto Arduino nació con filosofía open source, pero ésta idea se hizo más imperativa

con el rumor de que Ivrea pudiese cerrar por falta de fondos. Fue por ello que sus

creadores apostaron, sí o sí, por hacer una plataforma open-hardware; con el objetivo de

que sus progresos no quedaran olvidados en una caja y se crease una gran comunidad de

desarrollo y conocimiento, tal y como se conoce a la plataforma hoy en día.

Cuando Massimo Banzi y David Cuartielles comenzaron a colaborar, ya con la idea

del open-hardware, pasaron de discutir sobre lo que tenían que hacer a como debían

hacerlo. Massimo Banzi había realizado una serie de proyectos con una determinada

Ilustración 2.5 Primera placa de wiring

Ilustración 2.4 Comparativa de precios entre el chip ATMega y el BASIC

MEMORIA 12

tecnología y David Cuartielles con otra diferente, debatieron sobre cual era la mejor y

decidieron probar la tecnología de Massimo Banzi debido a su mejor compatibilidad con

diferentes sistemas operativos.

A continuación, David Cuartielles revisó el hardware, en el que encontró un par de

bugs, los arreglaron y empezó el diseño de fabricación de placas.

El proceso de diseño de la placa duró únicamente dos días y el resto del tiempo se

dedicó al software.

En la nueva etapa del proyecto se unió al equipo (formado hasta ahora solo por

Massimo Banzi y David Cuartielles) David Mellis, posteriormente entró Tom Igoe como

consejero y por último llegó Gianluca Martino, que era quien podía producir las placas.

Así fue como se formó el equipo, añadiendo gente según sus habilidades.

Cuando David Mellis entró en el proyecto, todavía seguían usando las placas wiring

creadas por Hernando Barragán y su objetivo era poder portar los programas que se

creaban a un procesador más barato.

David Mellis se encargó de escribir un montón de capas de compatibilidad para que

todos los programas antiguos funcionasen en el procesador nuevo.

Ilustración 2.6 Primer prototipo de placa Arduino

MEMORIA 13

El resultado de todas las horas de programación y compilación fue el IDE o

Integrated Development Environment.

Tom Igoe se enteró, a principios del 2005, que se estaba desarrollando una

alternativa en hardware al processing. En junio de 2005, coincidió que fue a Ivrea a dar una

charla sobre otro tema y aprovechó para que le enseñasen el desarrollo hasta la fecha de la

placa de Arduino. En cuanto la vio apostó por ella y se lo hizo saber al equipo de

desarrollo.

Unos meses después de volver a Estados Unidos, recibió un correo desde Ivrea en

el que le decían que querían lanzar Arduino de forma global y le pedían su ayuda. De esta

forma fue como entró como consejero.

Tras el primer prototipo de Arduino, el equipo tenía la necesidad, o al menos la

intención, de empezar a fabricar algo de forma más profesional, más comercial, porque el

primer ejemplo se montó solo para que pudiese continuar su desarrollo. Cuando Massimo

Banzi y David Cuartielles decidieron que el prototipo funcionaba, era necesario crear un

lote mayor para su producción.

Ilustración 2.7 IDE. Entorno de desarrollo de Arduino

MEMORIA 14

Así que decidieron crear un lote de 200 unidades y Gianluca Martino realizó una

serie de modificaciones para poder realizar su producción en serie.

Como era una primera prueba, llegaron a un acuerdo con la escuela, el Instituto de

Diseño Interactivo y el K3 de Maluno, para comprar 50 unidades cada uno. Fue un buen

principio.

Tras anunciarse un poco y hablar con conocidos el movimiento se puso en marcha.

En 2010 se estimaban unas ventas de tarjetas oficiales de Arduino de 250.000, sin contar

sus clones chinas. A día de hoy el número de placas oficiales ha crecido de forma

exponencial.

Actualmente Arduino tiene 17 placas oficiales y siguen en constante evolución y

desarrollo, mejorando los diseños e integrando mejores procesadores.

Ilustración 2.8 Primera placa de Arduino oficial

MEMORIA 15

A parte de las placas oficiales también salen extensiones (shields) para conectar

sensores, actuadores, módems, …

2.2.2 ISIS Proteus:

ISIS Proteus es un programa de diseño y simulación incluido en el paquete de

desarrollo de Proteus. En este paquete también se incluyen otros módulos como: ARES

Ilustración 2.9 Diferentes modelos de placas de Arduino

Ilustración 2.10 Arduino + módulo Ethernet

MEMORIA 16

(Diseño de PCB), VSM (Simulador Virtual de Modelado) y Electra (Autoruteado). Aunque

para este proyecto solo se utilizará ISIS.

ISIS Proteus es una de las aplicaciones de simulación de circuitos más potentes que

se pueden encontrar en el mercado a nivel de usuario. Su mayor punto fuerte es la

capacidad de poder correr programas creados para microprocesadores y la veracidad de sus

simulaciones.

En un principio para este proyecto se utilizaron alternativas gratuitas o con versión

de estudiante como fueron LTspice IV y CADENCE PSpice. Estos dos programas

también son dos referentes en el campo de la simulación pero al contrario del ISIS los

resultados que mostraban no eran fieles a la realidad, lo que provocó en el proyecto un

retraso de un mes hasta que se cambió el programa de simulación.

Según los datos obtenidos, LTspice y ORCAD decían que los MOSFET podrían

trabajar perfectamente hasta 40kHz y las etapas con BJT también, sin embargo la

implementación física y Proteus mostraron que no eran ciertos esos datos.

2.2.3 DIPTrace:

DipTrace es un software DEA(Diseño Electrónico Asistido, EDA Electronic

Design Assit) creado para realizar diagramas de conexiones y placas impresas (PCB Printed

Circuit Board). La primera versión se lanzó en agosto de 2004. La última versión, 2.3, es de

octubre de 2012. DipTrace cuenta con los siguientes módulos para sus distintas funciones:

editor de esquemáticos, editor de PCB, editor de componentes, editor de pattern

(footprints), autoruteo de pistas, vista previa de PCB en 3D.

Las versiones gratuitas de DipTrace son completamente funcionales excepto

porque tienen un límite de 300 pines y dos capas (a parte de la alimentación y tierra) por

PCB.

2.2.4 LiveCode Community 6.0:

LiveCode Community es una aplicación open source y utiliza como lenguaje de

programación LiveCode inspirado en HyperTalk.

El lenguaje fue lanzado en 2001 y está basado en la tecnología MetaCard. LiveCode

es multiplataforma (iOS, Android, Mac OS X, Windows y Linux).

MEMORIA 17

3. ANÁLISIS DE OTROS VEHÍCULOS CONSTRUIDOS, DISEÑO Y

FABRICACIÓN DEL PROTOTIPO:

Como en todo proceso de diseño es necesario buscar referencias para encontrar

soluciones adecuadas al problema. Además de que se puede hacer un proceso más eficaz

observando los problemas que han surgido en los otros proyectos.

La idea en la que centró el diseño y la búsqueda de prototipos fueron los go-karts.

3.1 Go-karts:

Un go-kart es un tipo de vehículo pequeño y sin suspensión. Éstos se pueden

encontrar con diferentes diseños (de madera, metal, tuberías,...) y motores.

La gente suele asociar los go-karts con niños pequeños, pero ni mucho menos, gente

de todas las edades compite con go-karts y, a menudo, los utilizan como base para,

posteriormente, subir a categorías más avanzadas del deporte del motor.

Las carreras de go-karts son populares en Norte América y Europa, tanto es así, que

sus numerosas competiciones son reguladas por la FIA (Federación Internacional de

Automovilismo, la misma que rige la F1).

Los más simples suelen denominarse billy kart o soap-box kart y no son más que una

simple caja, o armazón, con ruedas y dirección. Éstos vehículos no suelen tener motores y

están destinados a las carreras que se realizan tirándose desde lo alto de una colina.

Ilustración 3.1 Modelos de Go-Karts de madera

MEMORIA 18

Los go-karts motorizados se pueden encontrar con diferentes tipos de motores: de

combustión de 4 tiempos, de combustión de 2 tiempos, que utilicen alcohol o gas propano

como combustible o eléctricos.

Estos vehículos son lo suficientemente adaptables para ser utilizados en distintos tipos

de superficie. En Estados Unidos suelen usarse sobre todo para caminos de tierra con ruedas

de tacos, en el norte de Europa con ruedas de clavos para las pistas de hielo, y como no,

siempre se podrán usar sobre asfalto.

3.2 Vehículos estudiados:

A continuación se muestran varios de los vehículos construidos que se estudiaron para

observar sus puntos fuertes y débiles.

3.2.1 CapKart:

El Cap Kart fue el segundo vehículo creado en el Campus de Verano de

Ingeniería del Centro Edgerton, en verano de 2008. En un go-kart eléctrico con una

batería y un ultra-condensador basado en el almacenamiento de la energía. La batería

aporta la alimentación de forma constante, mientras que el ultra-condensador se usa a

modo de turbo, inyectando un extra de potencia.

Ilustración 3.2 Modelos de Go-Karts más elaborados

MEMORIA 19

El proyecto empezó a partir de un chasis de kart. Éste es grande, fuerte y

relativamente ligero. Posteriormente, para mejorar el control del coche en los giros

lentos, se le añadió en 2010 un diferencial al eje trasero.

Ilustración 3.5 Batería del CapKart

Ilustración 3.3 CapKart

Ilustración 3.4 Diferencial del CapKart

MEMORIA 20

La fuente de energía principal del kart es un pack de baterías de litio-ion de

12V Thundersky. El peso de la batería era de 20 kg, mientras que una de ácido-plomo

pesaba 72 kg.

El nombre que tiene el coche proviene del ultra-condensador de 110F y 16V

que actúa como turbo. Cuando está completamente cargado es capaz de entregar

14000 J de energía. Esta energía equivale solo al 0,25% que almacenan las baterías,

pero es la equivalente a de la energía cinética para que el kart vaya a 45 km/h.

El motor del coche es un motor de 48Vdc de D&D Motor System. La

capacidad para variar la fuerza del campo eléctrico del motor es ajustable mediante la

curva par-velocidad. A bajas velocidades, el campo del motor entrega el par máximo

por cada amperio. A altas velocidades, el campo se debilita para reducir la fuerza

electromotriz que se genera y permite que el motor gire más rápido con la misma

tensión. La fuerza del campo se puede controlar de manera manual o automática. El

motor pesa 25 kg y puede llegar a producir 13 hp (10kw).

Ilustración 3.6 Motor del CapKart y esquema de protección

Ilustración 3.7 Caja del ultra-condensador

MEMORIA 21

3.2.2 TinyKart:

El tinyKart nace en el 5º campus de verano de Ingeniería del Centro Edgerton,

en el verano de 2011. Es un go-kart ultra ligero que se construyó como una alternativa

más pequeña del Cap Kart. El Cap Kart es ideal para conducir al aire libre, pero tenía

el inconveniente de que pesa 90 kg y con su tamaño no pasa a través de las puertas.

Por el contrario, el tinyKart pesa sólo 25 kg y puede ser transportado fácilmente por

una persona.

El primer paso para aligerar el peso respecto al Cap Kart fue crear un chasis

completamente con aluminio de 3 mm. de espesor. Además la parte delantera y trasera

pueden separarse con unos simples tornillos. Por lo que el chasis es mucho más

flexible y con la robustez suficiente para soportar el peso del kart con un conductor.

El sistema de tracción del tinyKart consiste en una batería especial de 39.6V,

6.9Ah LiFePO4, dos controladores de motores Kelly KBS36101 y dos motores

brushless EMP C6374-200. Los motores se conectan a los controladores Kelly

mediante unos sensores de efecto Hall. Las ruedas traseras reciben la transmisión

gracias a una correa.

3.2.3 Alexei 6x6:

El coche diseñado en el instituto Jaume I está diseñado principalmente para

niños pequeños. Su estructura consiste básicamente en un cajón de madera con el

diseño exterior que se le quiera dar. Su denominación 6x6 viene por las 6 ruedas que

Ilustración 3.8 Detalles del TinyKart

MEMORIA 22

lleva en total el coche. Tres por lado y todas ellas motrices, lo que hace que su

conducción sea similar a la de un vehículo oruga. Por lo que, a pesar de no tener una

alta velocidad si tiene una gran maniobrabilidad. Los motores son DC de 20A MD03.

Se puede controlar tanto sentado en el vehículo como a distancia, mediante una

conexión bluetooth (módem Bluetooth SmirfBlue) y una aplicación para Android.

Toda la electrónica está controlada por un Arduino Mega.

3.2.4 NeurotiKart:

La base de la construcción del NeurotiKart es un motor de carrito de golf de

48Vdc. Todo nace a partir de ahí. Se hizo una estructura con tubo redondo metálico,

todo soldado. Y para la dirección, tracción y frenado se utilizó material de los karts.

Ilustración 3.9 Detalles del Alexei 6x6

MEMORIA 23

Una vez analizados los distintos vehículos podemos observar a continuación

una tabla con sus características esenciales:

Modelo Tracción Dirección Control

CapKart Motor DC Manual Manual

TinyKart Motor Brushless Manual Manual

Alexei 6x6 6 Motores DC Manual / Automática Manual / Remoto

NeurotiKart Motor DC Manual Manual

Tabla 3.1 Comparativa vehículos ya construidos

Con estos datos se decidió que el prototipo iría impulsado por un motor DC y

su dirección y control tendrían la opción de elegir entre un control manual o remoto.

3.3 Diseño y construcción:

La idea para comenzar con el diseño del chasis era seguir el punto de partida que

habían usado la mayoría de proyectos similares. Partir de un chasis de kart y adaptarlo a las

necesidades.

Ilustración 3.10 NeurotiKart

MEMORIA 24

Lamentablemente, viviendo en Tenerife el acceso a las ofertas de segunda mano es

muy escaso, incluso buscando en la isla de enfrente, Gran Canaria, las ofertas eran escasas y de

precio elevado. Mientras que en la península era posible encontrar un kart completo desde

200€, aquí por 500€ solo se podía obtener el chasis de éste. A lo que habría que añadir luego el

sistema de dirección, de frenado, las ruedas y sus llantas, … lo que incrementaba bastante más

el precio inicial.

La alternativa que se encontró fue realizar un chasis, partiendo de cero, usando los

planos homologados por la Federación Internacional de Automovilismo (FIA).

La complicación que tenían los chasis regulados por la FIA es que toda la estructura se

ha de realizar con perfil tubular y en algunos tramos debe tener una curvatura específica.

Además de que aún usando este modelo de chasis habría que, posteriormente, adaptarlo para

el motor eléctrico, la disposición de las baterías y los elementos electrónicos.

Para evitar realizar un chasis tan laborioso y que llevaría muchas horas de trabajo en el

diseño y su construcción, a parte de tener que buscar un suministrador de los materiales; se

siguió buscando esquemas de chasis de karts caseros y que, preferiblemente, tuviesen líneas

simples y empleasen perfil hueco rectangular.

Ilustración 3.11 Componentes principales de un kart

MEMORIA 25

Las ventajas de encontrar un esquema de chasis con estas características significaría

ahorrar bastante tiempo en su fabricación. Al tener formas simples no haría falta ninguna

dobladora de tubos y el corte de los tubos sería, mayoritariamente de 45º, un corte muy simple

y fácil de realizar con una radial. Además, un perfil rectangular tiene una superficie de contacto

mayor y más continua, lo que hace que sea más fácil de soldar que el perfil tubular.

Idealmente recomiendan que los chasis de los vehículos se fabriquen con chasis

tubular para un mejor reparto de las fuerzas, pero en este proyecto no es fin hacer una

comparativa entre los distintos tipos de chasis sino que se busca el más sencillo de fabricar y, a

la vez, sea resistente.

Mientras se realizaban los diseños del chasis a fabricar se presentó la oportunidad de

poder aprovechar un miniquad que iba a ir al desgüace.

Los quads son vehículos de cuatro ruedas todo-terrenos (ATV, All-terrain vehicle)

parecidos a una motocicleta. Los quad proceden de los primeros triciclos (o hart-trick), los

cuales disponían de dos ruedas traseras y una delantera.

Ilustración 3.12 Planos de un chasis casero

MEMORIA 26

El quad ofrecido estaba indicado para personas inferiores a 1,70m., pues sus

dimensiones eran reducidas. Como sistema de frenado empleaba un disco de freno en el eje

trasero. En el interior del chasis, debajo del asiento del piloto, iba alojado un motor de 49cc.

de combustión interna. El sistema de tracción estaba compuesto por un piñón de 9 dientes en

el eje del motor, otro piñón, este de 32 dientes, en el eje trasero y una cadena, uniendo ambos

elementos, para transmitir el movimiento. Tanto el eje trasero como el delantero poseían un

muelle que ofrecía una suspensión independiente a los ejes del chasis central.

Ilustración 3.13 Distintas fotos del miniquad

MEMORIA 27

Con el quad en posesión cambió la forma de afrontar el diseño, ahora el objetivo era

aprovechar la mayor cantidad de elementos del quad para el vehículo eléctrico.

Después de realizar varios diseños se decidió aprovechar tanto el eje delantero como el

trasero y realizar un chasis central nuevo donde alojar las baterías, la electrónica y, en

principio, el motor.

Brazo dirección Electrónica y

router

Motor

Baterías

Ilustración 3.15 Organización del kart

Disco de freno

Asiento

Suspensión trasera

Motor

Suspensión delantera

Ilustración 3.14 Detalles del miniquad

MEMORIA 28

A la hora de buscar el soporte para el motor surgió el problema de instalar su tensor.

En los vehículos de tracción mediante cadena o correa, en el que el motor está en el chasis

central y el sistema llega hasta el eje trasero y éste tiene suspensión independiente, es necesaria

la instalación de un tensor. La finalidad del tensor es mantener siempre la cadena con tensión,

de forma, que aunque hayan irregularidades en el terreno siempre se asegure una tensión en la

cadena para que la transmisión sea óptima.

Para poder simplificar el sistema y ahorrar el montaje del tensor y su mantenimiento,

se decidió modificar el eje trasero de forma que pudiese colocarse el motor sobre esta pieza.

Realizando esto el motor oscilaría de la misma forma que el eje trasera y la cadena podrá

instalarse de forma parecida a una bicicleta convencional.

Otro punto a tener en cuenta para la fabricación del chasis era la dirección del

vehículo. Había que mantener la opción de poder manejar el vehículo mediante el manillar o

bien mediante un actuador eléctrico. Hubo que soldar un enganche al eje de la dirección y otro

Ilustración 3.16 Detalle del soporte para motor

MEMORIA 29

al chasis central para poder instalar el nuevo brazo de la dirección, además de alargar el

manillar para que fuese cómodo su manejo.

Para ayudar a minimizar el tamaño del chasis, en lugar de situar el asiento a ras del

chasis y detrás, o a los lados de éste las baterías, se decidió levantar el asiento y colocar las

baterías debajo, ganando de esta forma comodidad y facilidad en la conducción..

A parte de las modificaciones pertinentes para poder adaptar el vehículo al proyecto

hubo que realizarle una puesta a punto a las partes que se reutilizaron. Hubo que cambiar

todos los tornillos del coche debido a su mal estado y se aprovecharon para poner arandelas

en los tornillos que servían como anclaje para articulaciones y tuercas de seguridad en todos

ellos.

Ilustración 3.17 Manillar y brazo de la dirección

MEMORIA 30

Además el eje trasero estaba en muy malas condiciones, presentaba una desviación y

los cojinetes estaban en tan mal estado que provocan que se frenase el vehículo, se le realizó

una buena limpieza y engrase que provocó una gran mejora en el rendimiento. Antes de este

mantenimiento el eje girando en vacío necesita una corriente de 6 amperios, una vez realizada

la labor el consumo disminuyó hasta menos de 2 amperios.

Ilustración 3.18 Tornillos del vehículo.

MEMORIA 31

Una vez terminada la estructura del coche se procedió a su análisis para poder

encontrar los puntos a mejorar en un siguiente diseño.

Para empezar, su peso es excesivo, teniendo en cuenta que aún se debe de sentar una

persona. Un chasis de aluminio reduciría bastante el peso, incluso se podría combinar con

partes de PVC, como el soporte del asiento, que es aún más ligero.

Segundo, el sistema de cada eje con suspensión hace que su tamaño resulte algo

excesivo. Crear un chasis en el que los ejes estén integrados a éste lo haría más compacto y,

seguramente, más manejable.

Tercero, si no fuese necesaria la conducción manual, se podría prescindir del manillar,

simplificando el sistema de dirección.

Ilustración 3.19 Detalle del eje trasero

MEMORIA 32

Posiblemente para el siguiente diseño se parta de los prototipos basados en un

taburete y sin suspensión. De esta forma se eliminan los ejes independientes y la dirección se

coloca de forma vertical. El resultado es un vehículo más alto, pero más compacto y ligero.

Ilustración 3.20 Diseño del barstool

MEMORIA 33

4. DISEÑO DE LA ELÉCTRONICA DEL VEHÍCULO

La parte del diseño electrónico, selección de componentes, programación y realización

de PCBs es donde más tiempo se ha invertido de todo el proyecto.

En el se explican las funciones que se desean implementar y los componentes que se

han escogido para cumplir los requisitos. También se explican las pruebas de hardware que se

han realizado para verificar su funcionamiento y su implementación con la tarjeta de control

Arduino.

4.1 Idea general:

Como ya se ha explicado en capítulos anteriores se desea tener la posibilidad de poder

manejar el vehículo de diferentes maneras por lo que es necesario disponer de un elemento

que ofrezca la posibilidad de alternar entre los modos disponibles, también hay que

seleccionar los elementos que actúen como aceleradores y que permitan el movimiento de la

dirección. Además es necesario entregar información al usuario del estado de las salidas y

otros datos para que sepa que el funcionamiento es el correcto. A continuación se muestra un

esquema detallado de la idea general del apartado de la electrónica para poder escoger la placa

de Arduino que se adapte a las necesidades.

MEMORIA 34

En el gráfico anterior se muestran las salidas y entradas necesarias que deberá manejar

la placa de Arduino. A pesar de todos los modelos diferentes de placas de Arduino en la parte

del microprocesador solo se puede escoger entre dos alternativas.

Una vez elegida la placa hay que pensar como se organizará la electrónica. Para el

sistema de tracción y la dirección es necesario que el actuador gire en los dos sentidos, por ello

deben llevar una etapa previa denominada puente H. El conjunto de elementos para

seleccionar los distintos modos de funcionamiento, para órdenes de actuación al Arduino y

para mostrar información se situarán en una placa denominada panel de control.

uControlador Selector marcha (1 EA)

Selector modo (1 EA)

Acelerador moto (1 EA)

Thumb Joystick (2 EA)

Displays (12 SD)

Tracción (2 SA)

Dirección (2 SD)

LEDs control (7 SD)

Luces pulsador (1 ED)

Luces (1 SD)

Ilustración 4.1 Entradas y salidas necesarias

MEMORIA 35

Microprocesador Entradas

analógicas (EA)

Entradas/Salidas digitales

(ED/SD)

Salidas

analógicas (SA)

ATmega 328 6 14 6

ATmega 2560 16 54 14

Necesidades

5 1/22 2

Tabla 4.1 Entradas y salidas necesarias

Debido al elevado número de salidas digitales necesitadas se ha de escoger una placa

que tenga un microprocesador ATmega 2560 y la única placa que lo posee es la Arduino

MEGA 2560. Así que todo el desarrollo electrónico se centrará en torno a esta controladora.

4.2 Arduino MEGA 2560:

La placa Arduino MEGA 2560 es una placa basada en el microcontrolador ATmega

2560. Tiene 54 entradas/salidas digitales (de las cuales 14 pueden usarse como salidas PWM),

𝜇𝐶

Decodificador

Modo

Marcha

Luces

Thumb-Joystick

Acelerador moto

Puente H

Displays

Puente H

Tracción

Dirección

Ilustración 4.2 Estructura del programa

MEMORIA 36

16 entradas analógicas, 4 UARTS (puertos serial), una velocidad de reloj de 16MHz (1

instrucción ejecutada cada 62,5 microsegundos), conexión USB (tipo A) y un botón de reset.

• Pines de potencia:

La placa se puede alimentar tanto por el USB (5 voltios) como por el conector Jack de

2.1mm (la tensión positiva va al pin central y la tierra se sitúa fuera) que incorpora. La

selección de la alimentación la realiza el Arduino automáticamente.

Si se utiliza el conector Jack se puede alimentar en un rango de 6 a 20 voltios, aunque

lo recomendable es aplicar entre 7 y 12 voltios debido a que incorpora un regulador

7805 en su interior que se encarga de filtrar la entrada y obtener de ella 5 voltios

estables y filtrados. También se puede utilizar el pin denominado Vin para alimentar la

placa de la misma manera.

Los pines marcados como “5V” ofrecen una salida de 5 voltios para los elementos que

se conecten a la placa y sean aptos para esta alimentación.

El pin marcado como “3V3” ofrece una salida de 3,3 voltios y una corriente máxima

de 50mA.

Los pines marcados como “GND” sirven para conectar otros elementos a la tierra del

Arduino.

• Memoria:

El microcontrolador dispone de una memoria flash interna de 256kB para almacenar

el código de programa (aunque 8kB son usadas para el bootloader), también dispone

de 8kB de SRAM y 4kB de memoria EEPROM.

• Entradas y salidas:

Cada uno de los 54 pines del MEGA puede ser utilizado como entrada o salida,

trabajan a 5 voltios y pueden aportar o recibir un máximo de 40mA. También

disponen de una resistencia pull-up que viene desconectada por defecto. Además hay

ciertos pines que disponen de funciones extras:

Comunicación serial:

MEMORIA 37

Puerto Serial Rx (Recibe) Tx (Transmite)

0 0 1

1 19 18

2 17 16

3 15 14

Tabla 4.2 Conexiones Serial del Arduino

Interrupciones externas: Los siguientes pines se pueden configurar para interrupciones

externas y configurar su activación (flanco de subida, flanco de bajada, cambio de

estado, estado bajo).

Interrupción Pin

0 2

1 3

2 21

3 20

4 19

5 18

Tabla 4.3 Pines para interrupciones externas del Arduino

• PWM:

Los pines del 2 al 13 y del 44 al 46 ofrecen una salida PWM de 8 bits. Esto significa

que se puede conseguir una salida de valor “analógico” de entre 0 y 5 voltios con 256

(28) valores intermedios.

• SPI (Serial Peripheral Interface):

Los pines 50 (MISO), 51 (MOSI), 52 (SCK) y 53(SS) son los que se emplean para

establecer una conexión SPI.

Además para poder crear una comunicación del Arduino con cualquier dispositivo por

vía Ethernet debemos conectar la shield de Ethernet.

MEMORIA 38

4.3 Módulo Ethernet:

La Arduino Ethernet Shield permite a una placa Arduino conectarse a internet.

Está basada en el chip Ethernet Wiznet W5100. El Wiznet W5100 provee de una pila

de red IP capaz de TCP y UDP. Soporta hasta cuatro conexiones de sockets

simultáneas.

La Ethernet shield dispone de unos conectores que permiten conectar a su vez

otras placas encima y apilarlas sobre la placa Arduino.

Arduino usa los pines digitales 10, 11, 12, y 13 (SPI) para comunicarse con el

W5100 en la Ethernet shield. Estos pines no pueden ser usados para e/s genéricas.

La shield provee un conector Ethernet estándar RJ45.

El botón de reset en la shield resetea ambos, el W5100 y la placa Arduino.

Ilustración 4.3 Arduino Mega

Ilustración 4.4 Ethernet shield

MEMORIA 39

4.4 Panel de control:

El motivo de instalar un panel de control en el vehículo es que el usuario pueda

indicarle al microcontrolador en que modo desea que actúe, le envíe las órdenes de

movimiento y que además el microcontrolador pueda indicarle de forma lumínica el estado de

determinadas salidas.

A continuación se muestra un gráfico con los elementos que interactúan entre el

usuario y la placa de Arduino.

Ilustración 4.5 Elementos del panel de control

MEMORIA 40

4.4.1 Interruptor selector de modo:

El interruptor de selección de modo es un interruptor

rotativo de hasta 16 posiciones. Para este caso se ha configurado de

tal forma que solo puede acceder a 4 posiciones.

Su objetivo es que el usuario alterne entre sus estados para

seleccionar el modo en que quiere que trabaje el Arduino.

La conexión del switch se realizará de forma en la que se suelen conectar los

potenciómetros a los puertos analógicos, de esta forma en vez de ocupar 4 entradas

digitales solo emplearemos una única entrada y según su valor de tensión entraremos

en un modo u otro.

Lo primero que necesitamos hacer es saber la relación de los pines del

interruptor con las posiciones de éste.

Una vez obtenida la relación entre las entradas y las salidas seleccionamos los pines

de forma que se podamos elegir 4 posiciones distintas pero contiguas en la rotación.

Por ello se han escogido las siguientes:

Posición Pines

0

1

2

3

Tabla 4.4 Pines seleccionados

Ahora necesitamos obtener 4 valores de tensión más o menos equidistantes sabiendo

que tendremos una tensión de alimentación de 5 voltios.

Ilustración 4.6 Selector de modo

MEMORIA 41

En el gráfico anterior podemos observar los voltajes comprendidos entre los

distintos modos. Para calcular bien los valores de tensión utilizaremos la Ley de Ohm y la

fórmula para los divisores de tensión.

𝐿𝑒𝑦 𝑑𝑒 𝑂ℎ𝑚 → 𝑉 = 𝐼 · 𝑅

𝐷𝑖𝑣𝑖𝑠𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑡𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 → 𝑉!"# =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!"

A continuación se muestra un gráfico con el esquema general de la conexión

para que se comprendan mejor los cálculos que se van a hacer.

Modo 1 Modo 2 Standby Remoto

0V 1,25V 2,5V 3,75V 5V

Ilustración 4.7 Voltajes para el selector de modo

Ilustración 4.8 Divisor de tensión

MEMORIA 42

Analizando el gráfico X.X (de los modos) podemos darnos cuenta de

que para el modo “Remoto” podemos emplear 5 voltios, por lo que nos sirve con

alimentar la entrada analógica del Arduino directamente.

También observamos que para el modo “Local 1” podemos poner la entrada a

0 voltios (tierra) y tendríamos preparada esa opción.

Entonces nos quedaría para los modos “Local 2” y “Standby”. Para ello

podemos calcular el valor en tercios de 5 voltios.

5 ·13 = 1,6667

5 ·23 = 3,3335

Comparando los valores de tensión obtenidos de esta forma con los

requeridos, se ha acertado en el cálculo y para el modo “Local 2” necesitaríamos un

divisor de tensión con una relación de 1/3 y para el modo “Standby” una relación de

2/3.

Hagamos ahora el cálculo utilizando la fórmula del divisor de tensión.

Ilustración 4.9 Conexiones del selector de modo

MEMORIA 43

𝐿𝑜𝑐𝑎𝑙 2 → 𝑉!"#$!! =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" → 𝑉!"#$!! · 𝑅! + 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!"

→ 𝑉!"#$!! · 𝑅! + 𝑉!"#$!! · 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!" → 𝑉!"#$!! · 𝑅!

= 𝑅! · 𝑉!" − 𝑉!"#$!! → 𝑅! = 𝑅! ·𝑉!" − 𝑉!"#$!!𝑉!"#$!!

→ 𝑅!

= 𝑅!5− 1,6671,667 → 𝑅! = 2,125𝑅!

Se ha obtenido como resultado que R2 debe ser 2,125 veces mayor que R4.

Calculemos ahora el valor para el modo “Standby”.

𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑏𝑦 → 𝑉!"#$%&' =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" → 𝑉!"#$%&' · 𝑅! + 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!"

→ 𝑉!"#$%&' · 𝑅! + 𝑉!"#$%&' · 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!" → 𝑉!"#$%&' · 𝑅!

= 𝑅! · 𝑉!" − 𝑉!"#$%&' → 𝑅! = 𝑅! ·𝑉!" − 𝑉!"#$!"#𝑉!"#$%&'

→ 𝑅!

= 𝑅!5− 3,3353,335 → 𝑅! = 0,499𝑅!

Se ha obtenido como resultado que R3 debe ser 0,499 veces mayor que R4.

El valor de R4 se escoge según convenga, en este caso escogeremos 3k65

Ohms. Por lo que nos quedan los siguientes resultados:

𝑅! = 2,125 · 𝑅! = 2,125 · 3650 = 7756 𝑂ℎ𝑚𝑠

𝑅! = 0,499 · 𝑅! = 0,499 · 3650 = 1821,35 𝑂ℎ𝑚𝑠

Lamentablemente los valores obtenidos no son valores comerciales que

disponemos por lo que tenemos que aproximar a los valores disponibles más cercanos,

obteniendo al final:

𝑅! = 7500 𝑂ℎ𝑚𝑠

𝑅! = 2000 𝑂ℎ𝑚𝑠

De nuevo calculamos las tensiones de salida para comprobar que se cumplen

los requisitos:

MEMORIA 44

𝐿𝑜𝑐𝑎𝑙 2 → 𝑉!"#$!! =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" =

36507500+ 3650 · 5 = 1,63𝑉

𝑆𝑡𝑎𝑛𝑑𝑏𝑦 → 𝑉!"#$%&' =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" =

36502000+ 3650 · 5 = 3,23𝑉

Como era de esperar, se obtienen las tensiones necesitadas.

Para el valor de la resistencia del modo “Local 1” basta con que pongamos una

resistencia de 33k Ohms que al tener 10 veces el valor de R4 actuará dividiendo entre

10 la tensión de 5 voltios.

Ahora calculamos el valor de la tensión de salida:

𝐿𝑜𝑐𝑎𝑙 1 → 𝑉!"#$!! =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" =

365033000+ 3650 · 5 = 0,49𝑉

Y para finalizar, en el modo “Remoto” no añadimos ninguna resistencia y dejamos

que lleguen los 5 voltios directos a la entrada del Arduino.

• Pruebas de verificación de hardware.

Siguiendo el esquema representado en la figura X.X (esquema de fritzing) y

con los componentes que se han calculado se realiza el siguiente montaje en

una protoboard.

MEMORIA 45

La prueba para verificar que el circuito funciona correctamente consiste en

colocar un multímetro entre el nodo de unión de todas las resistencias y tierra.

Se verifica que el esquema muestra los valores calculados.

• Diseño del software:

Arduino tiene un comando llamado “map” que resulta muy útil para este caso.

El comando map se invoca de la siguiente manera:

Variable1 = map(variable1, fromLow, fromHigh, toLow, toHigh)

o value: el número (valor) a mapear.

o fromLow: el límite inferior del rango actual del valor.

o fromHigh: el límite superior del rango actual del valor.

o toLow: límite inferior del rango deseado.

o toHigh: límite superior del rango deseado.

En nuestro caso:

SELECTOR_POS = map(SELECTOR_POS, 0, 1023, 0, 3)

Ilustración 4.10 Conexiones del selector de modo en la protoboard

MEMORIA 46

Con esto se consigue que los 1024 valores que tiene el conversor A/D de la

entrada analógica se agrupen en 4 bloques. Por eso se seleccionaron los valores

de resistencia anteriores.

A continuación se muestra el código implementado para su funcionalidad.

void loop(){

//En el programa principal se chequea continuamente el valor del

interruptor de modo y según su posición se va a una rutina u otra.

SELECTOR_POS = analogRead (SELECTOR); //Variable

para guardar la posicion del selector de modo

SELECTOR_POS = map (SELECTOR_POS, 0, 800, 0, 3);

//Mapeamos el valor para tener solo 4 casos

switch (SELECTOR_POS) { //Segun sea el valor

iremos a un caso o a otro

case 0:

local1(); //Vamos al modo local1

break; //Salimos del switch

case 1:


volante(); //Vamos a la dirección

break;

case 2:

standby(); //Vamos al modo standby

break;

case 3:

remoto(); //Vamos al modo remoto

MEMORIA 47

break;

};

Lo bueno de emplear el comando map, es que nos da una salida que solo

variará entre 4 únicos valores y resulta bastante óptimo si se emplea junto al

comando switch. De no haberlo usado tendríamos que haber implementado un

código preguntando siempre por el valor y viendo si se cumple la condición de

que la tensión de entrada esté dentro de los umbrales que deseemos.

void loop(){

//En el programa principal se chequea continuamente el valor del

interruptor de modo y según su posición se va a una rutina u otra.

SELECTOR_POS = analogRead (SELECTOR); //Variable

para guardar la posicion del selector de modo

if (SELECTOR_POS < 256)

local1();

else if (SELECTOR_POS >= 256 && SELECTOR_POS < 512)

local2();

else if (SELECTOR_POS >= 512 && SELECTOR_POS < 768)

standby();

else

remoto();

};

Se puede apreciar como, a pesar de funcionar perfectamente, la forma

implementada es más óptima y clara. Si por ejemplo quisiésemos ir al modo

“Remoto” con switch iríamos directamente mientras que en el último código

primero miraríamos si el valor esta en “Local 1”, luego en “Local 2” y

“Standby” para al final comprobar que se puede entrar en “Remoto”. El

MEMORIA 48

programa entraría pero se ha realizado de una forma que tarda más tiempo en

entrar.

4.4.2 Interruptor selector marcha:

Cuando nos encontramos en el modo “Local 1” solo usamos el

acelerador de moto para dar potencia al motor pero no tenemos ninguna

forma de decir si queremos ir avanzar, parar o retroceder. Por eso se ha

instalado un interruptor con el que poder elegir entre estas tres opciones.

La conexión del interruptor seguirá la misma metodología que en el

interruptor de selección de modo pero en este caso es mucho más sencillo y se

conectará a la entrada analógica A1. Seguiremos aplicando la misma filosofía que en el

caso anterior, aprovechar una entrada analógica para poder leer los distintos valores.

Como solo necesitamos 3 valores y viendo que antes pudimos aprovechar los

dos valores de los extremos solo nos hará falta calcular un valor de tensión. El valor

más fácil de calcular es la mitad, 2.5 voltios.

Marcha Tensión Conexión

Avance 0 Voltios Tierra

Paro 2,5 Voltios Divisor de tensión

Retroceso 5 Voltios Directa

Tabla 4.5 Conexiones selector de marcha

Hay una regla no escrita para los divisores de tensión y que se cumple siempre para

hallar la mitad de una tensión. Siempre que queramos obtener la mitad de la tensión de

entrada debemos colocar en serie dos resistencias iguales, de esta forma caerá la misma

tensión en las dos resistencias y obtendremos la salida esperada. A continuación se hace el

desarrollo teórico y se enseña el esquema de la conexión.

Ilustración 4.11 Selector de marcha

MEMORIA 49

𝑃𝑎𝑟𝑜 → 𝑉!"#$ =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!" → 𝑉!"#$ · 𝑅! + 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!" → 𝑉!"#$ · 𝑅! + 𝑉!"#$ · 𝑅!

= 𝑅! · 𝑉!" → 𝑉!"#$ · 𝑅! = 𝑅! · 𝑉!" − 𝑉!"#$ → 𝑅! = 𝑅! ·𝑉!" − 𝑉!"#$𝑉!"#$

→ 𝑅! = 𝑅!5− 2,52,5 → 𝑅! = 𝑅!

Observamos como matemáticamente se cumple lo que se dijo anteriormente.

• Pruebas de verificación de hardware.

Siguiendo el esquema representado en la figura X.X (esquema de fritzing) y

con los componentes que se han calculado se realiza el siguiente montaje en

una protoboard.

Ilustración 4.12 Conexiones selector de marcha

MEMORIA 50

Y al igual que con el ejemplo anterior, con la ayuda de un multímetro se

comprueba que obtenemos las tensiones calculadas.


void loop(){

int sentido_pos = analogRead (SENTIDO); //Leemos el

selector de avance-paro-retroceso

sentido_pos = map (sentido_pos, 0, 1023, 0, 2); //Mapeamos el

valor para asignarlo a nuestras 3 opciones

switch (sentido_pos){

//En el caso de que tengamos un 0 iremos a avance(), con un 1

iremos a paro() y con un 2 iremos a retroceso().

case 0:

avance();

break;

case 1:

paro();

break;

case 2:

Ilustración 4.13 Conexiones del selector de marcha en la protoboard

MEMORIA 51

retroceso();

break;

}

}

4.4.3 Acelerador de moto:

En el modo “Local 1” gobernaremos el coche con el

interruptor de selección de marcha y un acelerador de moto

instalado en el manillar. Este acelerador no es más que un

potenciómetro colocado en una empuñadura y con retorno al

origen. Su conexión se realizará en la entrada analógica 2.

Para este componente no hace falta realizar ningún cálculo. Solo es necesario

conectarlo adecuadamente e implementar el código. La conexión se muestra en el

siguiente diagrama:


void loop (){

int valor = analogRead (pot)/4;

analogWrite(motor, valor);

Serial.println (valor);

} Para tener una forma fácil de comprobar que la implementación no tiene

ningún error imprimimos por la consola serial el valor que se lee del potenciómetro.

Ilustración 4.14 Acelerador de moto

Ilustración 4.15 Conexiones acelerador de moto

MEMORIA 52

Nos debe de dar un valor de 0 para 0 voltios y 1023 para 5 voltios. Si la placa donde se

realiza la prueba tiene holguras o algunas conexiones flojas es posible que los valores

varíen constantemente entre valores próximos.

4.4.4 Thumb joystick:

Si se ha seleccionado la opción para que la tarjeta Arduino

trabaje en el modo “Local 2” esto implica que tendremos que utilizar

como medio de control tanto para la tracción como para la dirección el

thumb joystick.

Este joystick está formado por dos potenciómetros, uno se

desplaza en el eje Y y otro en el eje X. Tiene la ventaja de que siempre

retorna al punto medio de los dos ejes.

En el eje Y se implementa el control de la tracción y en el eje X la dirección

eléctrica del vehículo, de esta forma el control resultará más natural pues se asemeja al

control de un coche teledirigido.

Al igual que en el caso del acelerador de moto, colocaremos la salida de los

potenciómetros en las entradas analógicas. Se asignará el pin A3 para la tracción y A4

para la dirección tal y como se muestra en el diagrama.

Hay que señalar los dos interruptores de fin de carrera que se deben colocar en

los extremos del actuador lineal para que cuando ha llegado a los extremos, el control

no siga enviando tensión y provoque que se rompa el actuador.

Eje X = Dirección

Eje Y = Tracción

Ilustración 4.16 Thumb joystick

Ilustración 4.17 Ejes del thumb joystick

MEMORIA 53

Estos dos interruptores deben de tener una resistencia de 10k conectada a tierra que

actúa en configuración pull-down, con esto se asegura que cuando no esté cerrado el pin

del interruptor esté a 0 voltios.


En este caso la parte del hardware no tiene ningún problema sin embargo en el

código es más complejo.

Ilustración 4.18 Conexiones thumb joystick e interruptores fin de carrera

Ilustración 4.19 Conexiones thumb joystick en la protoboard

MEMORIA 54

Debemos dejar claras las pautas comportamiento para el comportamiento de

los potenciómetros.

void local2(){

JOYSTICK_TRAC_POS = analogRead (JOYSTICK_TRAC);

//Miramos la posicion del eje Y del joystick

if (JOYSTICK_TRAC_POS < 500) //Si el valor que

leemos del joystick es menor que 500, quiere decir que tenemos el

joystick bajado y vamos a retroceso()

retroceso();

else if (JOYSTICK_TRAC_POS > 525) //Si el valor que

leemos del joystick es mayor que 525, quiere decir que tenemos el

joystick subido y vamos a avance()

avance();

else //De lo contrario, si el joystick se

encuentra entre 500 y 525, no estamos tocando el jooystick y vamos

a paro()

paro();

}

void volante () {

int posgiro1 = analogRead (JOYSTICK_DIRE); //Creamos

una variable interna para leer el valor del eje X del joystick

Derecha

X>=525

Izquierda

X<=500

Avance

Y>=525

Paro

487<Y<525

Retroceso

X<=487

Ilustración 4.20 Valores de los potenciometros para las acciones

MEMORIA 55

if (posgiro1 < 500 && digitalRead (GIRO_IZQUIERDA_TOPE) ==

HIGH ) { //Si tenemos el joystick girado a la izquierda y no está

activo su FDC entramos en el bucle

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW); //Apagamos

el led de giro a la derecha

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, HIGH); //Encendemos

el led de giro a la izquierda

}

else if (posgiro1 > 525 && digitalRead (GIRO_DERECHA_TOPE)

== HIGH) { //Si por el contrario tenemos el joystick girado a la

derecha y no está activo su FDC entramos en el bucle

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW);

//Apagamos el led de giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, HIGH);

//Encendemos el led de giro a la derecha

}

else { //En cualquier otro

caso, siginifica que no estamos moviendo el joystick sobre el eje X

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW); //Ponemos a

baja la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW //Ponemos a

baja la salida del giro a la derecha

}

}

4.4.5 Displays 7 segmentos:

Para ayudar a una mejor experiencia de conducción se ha

creado un pequeño panel formado por 3 displays de 7 segmentos

para que el usuario sepa en cada momento la posición en que se

encuentra el acelerador para saber si el vehículo está respondiendo

como el desea o todavía puede exigir más rendimiento. Ilustración 4.21 Displays

de 7 segmentos

MEMORIA 56

Un display 7 segmento está formado, como su nombre indica, por 7 segmentos

que se pueden encender o apagar individualmente. Y cada segmento tiene forma de

línea.

Aunque externamente su forma difiere considerablemente de un diodo LED

(diodos emisores de luz) típico, internamente están constituidos por una serie de

diodos LED con unas determinadas conexiones internas, estratégicamente ubicados de

tal forma que forme un número 8.

A cada uno de los segmentos que forman el display se les denomina a, b, c, d,

e, f y g y están ensamblados de forma que se permita activar cada segmento por

separado consiguiendo formar cualquier dígito numérico.

Además se usará un decodificar BCD/7 segmentos entre la tarjeta Arduino y

cada display. El uso de un decodificador significa un ahorro importante de pines. Si

activásemos directamente los segmentos desde el Arduino utilizando los 3 displays

necesitaríamos 21 pines (7 pines · 3 displays) sin embargo, al utilizar codificadores de

binario a decimal solo necesitamos 12 pines (4 pines · 3 displays).

Un decodificador BCD/7 segmentos se encarga de traducir un número en

binario (Binary Code Decimal) para activar las salidas correspondientes en el display y

que su representación sea la correcta.

Ilustración 4.22 Conexiones de los displays

MEMORIA 57

A continuación se muestra una tabla con el número en decimal, en binario y las

salidas del display.

Decimal Binario Display

A B C D a b c d e f g

0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0

1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0

2 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1

3 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1

4 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1

5 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1

6 0 1 1 0 1 0 1 1 1 1 1

7 0 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0

8 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1

9 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1

Tabla 4.6 Valores para un display

Como se aprecia en la tabla anterior es necesario 4 salidas para poder disponer

de los números del 0 al 9. Con 3 salidas tendríamos solo hasta 7.

Para el proyecto se han escogido displays de cátodo común en lugar de ánodo

común. Como su nombre indica, todos los segmentos tienen el cátodo común. Esto

significa que siempre están conectados a tierra y se activan cuando se cierra el circuito

en su cátodo, tal y como se muestra en la siguiente imagen.

MEMORIA 58

Conforme se han elegido los displays de cátodo común, es necesario que el

decodificador sea compatible con éstos. Para ello se ha escogido el circuito integrado

HCF4511.

Como ya se ha descrito anteriormente, este circuito traducirá la salida en

binario del Arduino para que se muestra el número que corresponda sobre los

displays.

A continuación se muestra el esquemático realizado para el funcionamiento del

mismo.

Este chip presenta tres patillas adicionales para activar o desactivar el display,

probar todos los segmentos o que parpadee. Haciendo caso al datasheet para que el

display funcione correctamente la patilla (5) Lamp Enable debe estar a tierra (0 voltios)

y las patillas (4) Blanking Input y (3) Lamp Test Input a alta (5 voltios).

4.4.6 Panel LED informativo:

Se decidió implementar una serie de LEDs para poder informar al

conductor el estado de conducción del vehículo. Estos indicarían las salidas

correspondientes al sistema de tracción y de dirección del vehículo.

Se optó por elegir LEDs del tipo SMD que ocupan un espacio

menor y ofrecen una luminosidad igual que un LED THD.

Los colores escogidos fueron blanco, azul, verde y rojo y su colocación y

significado se pueden ver en la siguiente imagen.

Ilustración 4.23 Conexión display cátodo común

Ilustración 4.24 LED SMD

MEMORIA 59

Según el color de cada LED el consumo de tensión y corriente es distinto, así que

ahora se realizará el cálculo aplicando la Ley de Ohm (V=I·R) para que cada LED tenga su

resistencia adecuada y no se funda.

Color Tensión Corriente Resistencia Valor comercial

Azul 3-3,3 20mA 𝑅 =

3,30,02 = 165Ω

150 Ω

Blanco 3,0-3,2 20mA 𝑅 =

3,20,02 = 160Ω

150 Ω

Rojo 2,1-2,3 20mA 𝑅 =

2,30,02 = 115Ω

91 Ω

Verde 3,2-3,4 20mA 𝑅 =

3,40,02 = 170Ω

150 Ω

Tabla 4.7 Valores resistencias para los LEDs

Tracción avance

Giro derecha

Tope derecha

Giro izquierda

Tope izquierda

Paro

Tracción retroceso

Ilustración 4.25 Posición LEDs indicadores

MEMORIA 60

4.4.7 PCB Panel de Control:

En un principio se diseñó una PCB a doble cara con todos los componentes

nombrados anteriormente para que el Servicio de Electrónica la implementase pero

debido a problemas en la tramitación se tuvo que modificar el diseño para poder

realizarlo uno mismo, pues no se disponía de insoladora a doble cara.

Es por ello que el diseño se partió en 4 módulos. El Thumb Joystick iría en un

módulo, los LEDs informativo en otro, el interruptor selector de modo, de marcha y

el pulsador de luces en un tercero y por último los displays en otro más.

De todas formas en los anejos del proyecto se incluyen los esquemas y diseños

para realizar el panel de control tanto con tecnología THD y displays de cátodo común

como con tecnología SMD y displays de ánodo común.

4.5 Sistema de dirección:

Para el sistema de dirección automático del coche se plantearon diversas opciones de

implementación.

Ilustración 4.26 Diseño PCB para el panel de control

MEMORIA 61

La primera opción que se manejó fue crear un pequeño sistema hidráulico. Para la

implementación de este sistema era necesario añadir una serie de elementos extras para que el

sistema funcionase. Estos componentes se pueden apreciar en la siguiente imagen:

El problema de este sistema es que, a parte de resultar bastante caro, necesita tener una

presión constante en el sistema de forma que el sistema reaccione de forma casi instantánea.

Depósito

Bomba

Filtro de

presión

Válvula descarga

Válvula Selección

Cilindro

Ilustración 4.27 Sistema de dirección hidraúlico

MEMORIA 62

Por motivos similares también se desecho el implementar un circuito neumático.

La siguiente alternativa sopesada fue añadir un servomotor como los utilizados en

aeromodelismo. Estos motores tienen la gran ventaja de tener un cable de control que envía

un señal codificada (un pulso PWM) indicándole la posición en la que debe situarse.

El problema que presentan es que su capacidad de esfuerzos es limitada y además se

necesitaría crear una estructura específica para él en el chasis.

La opción que se observó que podía rendir de forma más óptima era instalar un

actuador lineal. Un actuador lineal eléctrico es un dispositivo que convierte el movimiento de

Ilustración 4.28 Funcionamiento de un servomotor

MEMORIA 63

rotación de un motor de corriente continua de baja tensión en movimiento lineal, es decir, los

movimientos de empuje y tiro.

De las opciones que ofrecía el mercado se optó por escoger el modelo A-track 1 de X

mm de extensión y 24 voltios de alimentación de la compañía Warner Electric.

La elección de escoger el actuador de 24 voltios en lugar de 12 voltios fue debido a

que la corriente que demandará será menor pues la potencia es igual al producto de la tensión

por la corriente (P = V· I), por lo que para la misma potencia a mayor tensión menos

corriente será necesaria.

Esta elección también venía condicionada por el controlador que se iba a utilizar para

la acción de extensión y retracción. Un puente H implementado por el circuito integrado

L298N. Este chip es capaz de aguantar picos de 3 amperios y una carga constante de 2

amperios. Además de soportar hasta 50 voltios en su entrada. A continuación se pueden

observar los valores máximos del L298N y una foto de éste.

Ilustración 4.29 Actuador eléctrico para la dirección

Ilustración 4.30 Puente H con LM298 y datos técnicos

MEMORIA 64

Sabiendo que el controlador del actuador tenía esas características se miró en los datos

del fabricante las cargas que exigían los modelos de actuadores (el de 12 voltios y el de 24).

Se puede apreciar claramente como para una misma carga la corriente exigida en el

caso del actuador de 12 voltios llega a ser el doble que para el otro modelo, además de que con

el segundo modelo nunca se llegará a trabajar en los valores máximos del controlador.

Además el sistema de dirección dispondrá de dos interruptores fin de carrera para

indicar cuando se ha alcanzado el giro total de la dirección y no se continúe enviando señal al

actuador tal y como se aprecia en el siguiente esquema:

Ilustración 4.31 Rectas de carga del actuador eléctrico

MEMORIA 65

Cuando se instaló el sistema de dirección se hizo patente la falta de resistencias pull-down en

los interruptores fin de carrera para que la señal que recibiese el Arduino correspondiese

exactamente con el valor que debía emitir el interruptor.

Con la resistencia pull-down forzamos a que la entrada esté siempre a baja a no ser que

el interruptor se cierre y deje pasar la corriente. Son de vital importancia para evitar cambios

de estado producidos por ruidos eléctricos o variaciones en la fuente de alimentación.

Actuador

Fin de carrera

L298N

Arduino

Alimentación

Ilustración 4.32 Sistema de dirección del vehículo

MEMORIA 66

4.6 Sistema de tracción:

Todo el diseño de tracción gira en torno al motor que iría instalado en el coche. Lo

primero que se tuvo que decidir fue elegir el tipo de motor a emplear de corriente continua, de

corriente continua e imanes permanentes o paso a paso. La elección fue un motor de imanes

permanentes cuyas características principales se muestran en la siguiente tabla:

Características 800W / 36V

Consumo sin carga < 2,8 A

RPM sin carga 3500

Par 2,8 Nm

RPM con carga 2800

Corriente con carga < 27ª

Eficiencia > 78%

Tabla 4.8 Datos técnicos del motor

Ilustración 4.33 Resistencia pull-down del interruptor fin de carrera

MEMORIA 67

Los motores de imanes permanentes no tienen un devanado de campo en el bastidor

del estator, en lugar de éste se colocan una serie de imanes permanentes para proporcionar el

campo magnético contra el que interactúa el campo del rotor para producir par. Debido a que

este campo es fijo, no se puede ajustar para controlar la velocidad de giro del motor. Los

motores con imanes permanentes son convenientes en motores en miniatura para eliminar el

consumo de energía del devanado de campo.

Para minimizar el peso y el tamaño general, se pueden utilizar imanes de alta energía a

base de neodimio u otros elementos, la mayoría como son la aleación de neodimio-hierro-

boro.

Las ventajas que ofrecen los motores dc frente a un motor paso a paso es que su

control se implementa de forma más sencilla y el cambio en el sentido de giro y de aceleración

es mucho más rápido. Por su parte, los motores paso a paso nos ofrecen un control casi total

sobre ellos, pudiéndoles indicar en todo momento cuanto queremos avanzar y además

ofreciendo mucho más par.

Buscando por los distintos vendedores de motores se pudo observar que para las

características que se exigían (mover un peso bastante elevado con agilidad) lo más indicado

era utilizar un motor dc, pues a duras penas existe algún modelo de motor paso a paso

económico para mover los aproximados 120 kilos del vehículo y su ocupante.

Leyendo referencias de otros karts eléctricos construidos muchos han elegido un

motor de 24 voltios y 250 watios. Debido al elevado número de proyectos con este motor se

decidió escoger en un primer momento ese modelo.

MEMORIA 68

Más adelante, cuando se realizaron las primeras pruebas se comprobó que ese motor

era insuficiente para este proyecto y al final se tuvo que obtener uno nuevo. En este caso sería

un motor de 36 voltios y 800 watios.

Ilustración 4.34 Primer motor utilizado

Ilustración 4.35 Comparación entre el primer motor y el segundo

MEMORIA 69

Como el nuevo motor no estuvo contemplado desde el principio, al acoplarlo se

presentó un nuevo problema. Su longitud era tan grande que en la posición que se situó

rozaba con el neumático trasero izquierdo por lo que se tuvo que limar los tacos de la rueda

que se veían afectados.

4.6.1 Puente H:

El puente H o H bridge es la solución en sistemas donde el sentido de giro es una

necesidad de operación. En el diseño del puente H influyen numerosos factores como la

inercia del sistema mecánico, la velocidad en respuesta, el sistema de frenado, …

También conocido como puente completo, adopta la letra H para su nombre debido a la

forma que presenta dentro de un circuito esquemático simplificado, como se observa debajo. En

la barra central se encuentra ubicado el motor y en cada “rama lateral” ascendente o descendente

se ubican los conmutadores que, activados de una manera apropiada, brindarán al sistema los

movimientos necesarios para que el motor pueda girar en un sentido u otro.

Ilustración 4.36 Desgaste en el neumático para la colocación del motor

MEMORIA 70

Como se observa en la imagen existen 4 interruptores que se deben manejar de forma

apropiada para lograr el giro adecuado del motor.

movimientos sobre el motor

Para conectar el motor y hacerlo girar se deben activar las llaves de conmuntación por

pares opuestos en lo que respecta a los lados y a posición (superior o inferior). Un error en la

activación que permita la conexión de elementos superiores e inferiores de un mismo lado

provocará que permita la conexión de elementos superiores e inferiores de un mismo lado

provocará una descarga muy rápida de las baterías o, en el peor de los casos, destruirá los

elementos que forman las llaves conmutadoras. Para un giro seguro en uno de los dos

sentidos, debemos cerrar SW1 y SW3 (línea roja), observando que SW2 y SW4 (línea azul)

SW2

SW3 SW4

SW1

M

Lado Superior Derecho

(HSR)

Lado Inferior Izquierdo

(LSL)

Lado Inferior Derecho

(LSR)

Lado Superior Izquierdo

(HSL)

+VCC

SW2

SW3 SW4

SW1

M


(HSR)


(LSL)


(LSR)


(HSL)

+VCC

Ilustración 4.37 La letra H formada por la ubicación de los conmutadores en el circuito

Ilustración 4.38 Circulación de la corriente según las llaves que se cierren

MEMORIA 71

permanezcan abiertos. En el caso inversio sería SW2 y SW4 cerradas, mientras que SW1 y

SW3 deberán permanecer abiertas.

Para poder operar con el motor permitiendo un funcionamiento de giro en ambos

sentidos se sustituirán las llaves conmutadoras por transistores MOSFET. Existen diseños con

transistores de canal P en los lados superiores y de canal N para los inferiores. La ventaja de

este concepto de diseño es que las tensiones necesarias para activar los gates de los

transistores de canal P se podrán sacar directamente de la alimentación utilizada para el motor.

También se puede utilizar transistores de canal N en los lados superiores del puente. En esta

caso la tensión necesaria para activar los gates deberá provenir de un elevador de tensión que

funcione por encima del valor nominal de alimentación del motor.

El primer modelo de puente H que se realizó para el proyecto se describe en la imagen

siguiente:

Para obtener un giro determinado se emplearon 4 transistores MOSFET IRFZ44N de

canal N y que deberán comportarse como llaves conmutadoras. Tal como se desprende de la

hoja de datos del transistor para que conduzca a pleno, ofreciendo la menor resistencia entre

el drenador y la fuente, la tensión de puerta respecto a la fuente deberá ser más positiva y del

orden de los 2 a 4 voltios.


(HSR)

IRFZ44N

M


(LSL)


(LSR)


(HSL)

+VCC = 36V

IRFZ44N

IRFZ44N IRFZ44N

Ilustración 4.39 Primer puente H creado

Ilustración 4.40 Datos necesarios para el funcionamiento de los MOSFETs

MEMORIA 72

Atendiendo a los datos que ofrece el fabricante de los mosfet que estima una caída de

tensión entre drenador y fuente de 1,3 voltios y que la tensión suministrada por las baterías

será de 36 voltios (un poco más en plena carga), al motor le llegarán aproximadamente 34,7

voltios. Lo ideal sería poder obtener 36 voltios en el motor pero no se puede obtener otro

voltaje debido a la limitación que ofrecen las baterias.

Para que en la fuente puedan existir los 34,7 voltios teóricos, en la puerta se deben de

aplicar una tensión entre 36,7 y 38,7 voltios, es decir, entre 2 y 4 voltios por encima de la

tensión de la fuente. De lo contrario, la tensión necesaria para activar el transistor a la máxima

conducción se descontará de la tensión de alimentación y al motor le llegarán 32,7 voltios o

menos. De este modo, se tendrá una máxima circulación de corriente a través de drenador-

fuente para hacer girar el motor al máximo, con una diferencia de potencial de 2 voltios o más

entre estos dos terminales del transistor. Esto, equivale, según la fórmula de la potencia, que 2

voltios multiplicados por la máxima corriente del motor será la potencia que disipará en forma

de calor el transistor.

En un caso ideal del motor a pleno rendimiento, estarán circulando a través de él 28

amperios. Aplicando la fórmula de la potencia, habría una disipación de 56 watios,

redondeando 60 watios. Cada transistor es capaz de soportar 49 amperios, pero solo 50 watios

de disipación debido a su encapsulado. En principio con 2 transistores en paralelo debería

funcionar el sistema correctamente porque cada uno disiparía 30 watios pero para más

seguridad se ha decidido colocar 5 mosfets en paralelo, disipando cada uno 12 watios que está

por debajo del umbral de seguridad que establece el fabricante. Esta condición de seguridad

dice que para una mayor duración de los transistores éstos solo trabajen a un 40% de la

potencia máxima que soporten (20 watios).

Una alternativa para no tener un menor voltaje en el motor es la incorporación en el

sistema de un elevador de tensión dc-dc que aumente los dos voltios necesarios para elevar la

tensión en las puertas.

Para controlar la apertura de las puertas y con ello el sentido de giro y la velocidad del

motor se utilizará PWM. El problema es que como se ha comentado anteriormente, las

puertas necesitan un voltaje aproximado de 35 voltios y el Arduino solo es capaz de entregar

un PWM de 5 voltios de amplitud.

MEMORIA 73

Para solucionar este problema se creó la etapa amplificadora con transistores BJT que

se muestra en la siguiente imagen.

A continuación se detalla el funcionamiento de la etapa. Lo primero que cabe reseñar

es que los dos transistores son complementarios. El BD139 es NPN y el BD140 PNP. El

primer transistor se encarga de dejar pasar la tensión de 36 voltios en periodos inversos a la

señal de PWM que envía el Arduino debido a su configuración NPN. Por su parte el transistor

PNP se encarga de invertir la señal que genera el transistor BD139, ofreciendo de esta forma

un pulso idéntico al que introduce el Arduino pero con una tensión de pico de 36 voltios. A

continuación se muestran dos gráficas. La primera con una frecuencia de PWM de 500 Hz que

es el PWM que genera el Arduino sin modificar sus registros y la segunda con una frecuencia

de 31374 kHz. El color amarillo corresponde a la tensión en la base del transistor Q1, el color

azul al colector del mismo transistor y el rojo al colector del transistor Q2.

Ilustración 4.41 Etapa BJT

MEMORIA 74

Se comprueba como en la segunda gráfica los tiempos de subida y bajada en los

transistores afectan al rendimiento pues su zona de trabajo óptima es hasta los 20 kHz. A

pesar de estos problemas que generan los 31374 kHz en los transistores se decidió probar la

etapa con el motor, creando el siguiente montaje y obteniendo el resultado que se muestra a

continuación:

Se comprueba como los transistores no logran cerrar del todo debido a la alta

frecuencia y por tanto, el motor se queda funcionando continuamente a pesar de variar el ciclo

de trabajo. Así que se descartó esta opción.

Para intentar conseguir que el motor funcionase se buscaron unos nuevos transistores

que trabajasen a una frecuencia mayor, para ello se buscaron transistores de radiofrecuencia

cuyo orden de trabajo llega a los megahercios.

Ilustración 4.42 Respuesta de la etapa BJT

Ilustración 4.43 Etapa BJT con motor y respuesta de la etapa

MEMORIA 75

Los transistores elegidos para esta nueva prueba fueron: 2N2219A como NPN y

2N2905 como PNP. Los valores de las resistencias se mantuvieron constantes.

Se comprueba como en este caso, a pesar de que los transistores trabajan muy por

debajo de su rango de frecuencia máxima también tienen problemas con el paso de corte a

conducción. En el montaje completo de una rama se vuelve a apreciar claramente el efecto.

Se vuelve a poner de manifiesto como, a pesar de ser los transistores de radio

frecuencia no resultan óptimos para este trabajo.

Ilustración 4.44 Etapa radiofrecuencia y resultado

Ilustración 4.45 Etapa radio frecuencia y resultados

MEMORIA 76

Viendo que no se conseguía de ninguna forma la forma de onda adecuada en el motor

hubo que bajar la frecuencia de trabajo. Se modificó el registro del Arduino para que generase

un PWM de 7.8125 kHz. En la imagen inferior se puede ver la línea de comando modificada.

En un principio terminaba en 0x01, al poner el 0x02 el prescaler se divide entre 8 y se

obtiene el PWM de la frecuencia deseada.

La etapa que se empleó en este caso fue con los transistores de radio frecuencia. El

resultado de la simulación, con un motor conectado, fue el siguiente:

Se puede observar como los ciclos de trabajo están más marcados, aunque solo llegan

en un breve instante de tiempo a cortar completamente la señal.

A pesar de que con todas las pruebas realizadas el resultado no ha sido el esperado se

decidió seguir trabajando sobre el diseño la última etapa. La siguiente modificación que se

realizó fue incorporar un optotransistor para tener aislada el pin del Arduino y que en caso de

que se produjese algún pico de corriente inverso éste quedase protegido y fuese el

optotransistor el que sufriese el daño. El chip elegido fue el CNX82, el parámetro más crítico

para su elección fue la tensión colector-emisor (VCE) capaz de soportar, en la práctica debe

ser mayor a 30 voltios. La configuración utilizada con el transistor se conoce como colector-

Ilustración 4.46 Configuración PWM Arduino

Ilustración 4.47 Resultado etapa 7.8125 kHz

MEMORIA 77

abierto (open.-collector). Además se sustituyó el transistor superior por uno de canal P (P-

MOS).

Los P-MOS se eligen de manera complementaria a los N-MOS, al igual que cuando se

trabaja con transistores BJT y se utilizan NPN y PNP.

A diferencia de los N-MOS, los P-MOS trabajan con tensiones negativas respecto a la

fuente pero la magnitud de sus valores es la misma que la de sus complementarios. En este

caso se empleó un P-MOS IRF9540.

Incorporando este P-MOS su activación resulta mucho más sencilla que la de un N-

MOS pues éste necesita una caída de tensión del orden de 2 a 4 voltios para abrirse. La caída

de tensión se obtiene incorporando una resistencia entre la fuente y la puerta.

Se puede comprobar que la salida para este caso se aproxima bastante a la esperada a

pesar de que se aprecia bastante ruido en la puerta de los MOSFETs. Aún así en este circuito

todavía se presenta un problema. La resistencia R2 se encarga de bajar la tensión necesaria

para que la puerta del MOSFET superior entre en plena conducción pero provoca que el

MOSFET inferior presente 33 voltios entre la puerta y la fuente, lo que supone que disipará

924 watios (33 voltios · 28 amperios) algo que supone una difícil tarea de disipar. Es necesario,

por tanto, tener que rebajar la tensión en la puerta del transistor inferior. Cualquiera de las

soluciones que se presenta a continuación no mostró el resultado esperado, o bien llevaban la

tensión de las puertas a tierra, o la reducían correctamente pero entraban en conflicto con las

capacidades parásitas de la puerta de los MOSFETs y éstos no se descargaban correctamente y

quedaban cerrados todo el periodo haciendo que el motor no deje de girar.

Ilustración 4.48 Etapa optoacoplador y resultado

MEMORIA 78

Ilustración 4.49 Distintas pruebas para la activación del N-MOS

MEMORIA 79

La solución se encontró en la página web de Gary L. Chemelec de Canadá, aunque el

esquema se puede encontrar en numerosos sitios web.

Este circuito tiene una clara diferencia respecto y es que la activación de los N-MOS se

realiza cuando se abren los P-MOS, se podría decir que con este método las puertas de los N-

MOS se abrirían más tarde que las de los P-MOS y la reacción del motor no sería instantánea.

Realizando las pruebas se ha comprobado que ese tiempo es despreciable y no afecta al

funcionamiento del motor.

Al igual que en todos los modelos probados anteriormente, hay que obtener una

tensión adecuada en las puertas para que la potencia disipada sea la menor posible.

Mirando la hoja de datos que nos proporciona el fabricante, son necesarios 100nA

para abrir la puerta del transistor. Como tenemos 5 transistores en paralelo, será necesario que

circulen 500nA. Por lo que obtendremos el siguiente valor de resistencia:

𝑉 = 𝐼 · 𝑅 → 𝑅 =𝑉𝐼 =

36− 320,5𝑚𝐴 = 8𝑘Ω

También es necesario calcular la resistencia del optoacoplador para que pueda circular

esa corriente. Para ello es necesario mirar la gráfica que nos ofrece el fabricante.

Ilustración 4.50 Puente H de Gary L. Chemelee

MEMORIA 80

En nuestro caso debemos mirar primero la gráfica de la derecha, nosotros queremos

que por el colector circulen como mínimo 0,5mA. Ese valor lo tenemos que mirar sobre el eje

Y, lo proyectamos en el eje X y obtenemos un valor entre 4 y 5mA por el LED,

aproximaremos mejor a 5mA para no quedarnos cortos. Trasladándonos ahora a la gráfica de

la derecha, sobre el eje X buscamos 5mA y proyectamos sobre el eje Y. Esto se traduce en que

aplicando una entrada de 1 voltio a la entrada del optoacoplador permitirá circular la corriente

necesaria para abrir las puertas de los P-MOS.

Sabemos que el Arduino en cada salida proporciona 5 voltios y hasta 40mA. Por lo

cual debemos colocar una resistencia adecuada capaz de reducir la tensión de salida del

Arduino a la exigida por el optoacoplador.

𝑅 =𝑉𝐼 =

𝑉!"# − 𝑉!"#𝐼!"#

=5− 15𝑚𝐴 = 800Ω

Como en el mercado no se encuentra ese valor exacto utilizaremos una resistencia con

tolerancia del 1% con valor 787 Ohms. Si hubiésemos seleccionado una de valor superior

estaríamos reduciendo la corriente que pasa por el circuito y podría no ser suficiente para abrir

las puertas.

Para obtener la tensión en las puertas de los N-MOS se implementó un divisor de

tensión.

𝑉!"#$ =𝑅!

𝑅! + 𝑅!· 𝑉!"#$ →

𝑉!"#$𝑉!"!"

=𝑅!

𝑅! + 𝑅!→

336− 1,4 =

𝑅!𝑅! + 𝑅!

→ 0,08 · 𝑅! + 𝑅! = 𝑅! → 0,08 · 𝑅! + 0,08 · 𝑅! = 𝑅!

Ilustración 4.51 Gráficas para la optimización del optoacoplador

MEMORIA 81

→ 0,08 · 𝑅! = 1− 0,08 · 𝑅! → 𝑅! =1− 0,080,08 · 𝑅! → 𝑅! = 11,5 · 𝑅!

Con la relación obtenida, si asignamos a R2 el valor de 1k R1 deberá valer 11,5k

aunque por valores comerciales se cogerá una de 10k.

A continuación se muestra el esquema que se diseñó con estos elementos.

En la gráfica se puede observar de color amarillo la tensión de entrada al

optoacoplador después de la resistencia, de color azul la tensión en la puerta del P-MOS, de

color rojo la tensión de la puerta del N-MOS y de color verde la tensión a la entrada del

motor. Las líneas azules horizontales muestran el valor de la magnitud respecto a tierra.

En la parte de la gráfica que muestra la señal del motor se pueden apreciar importantes picos

de corriente inversa, para compensar este sistema es necesario incorporar unos diodos de libre

circulación.

Ilustración 4.52 Esquema conexión optoacoplador

MEMORIA 82

A continuación se pueden observar una serie de fotos de la placa realizada.

Ilustración 4.53 Resultados Puente H definitivo

MEMORIA 83

Diodos de libre circulación:

Los diodos de libre circulación también pueden ser denominados como diodo

snubber, flyback diode o diodo supresor.

Estos diodos son empleados para eliminar las corrientes inversas. Estas suceden

cuando hay un cambio brusco de tensión en una carga inductiva.

Podemos simplificar el caso que nos afecta a dos estados. En el primero el MOSFET

ha estado cerrando el circuito durante un largo periodo de tiempo y el motor, que es una carga

inductiva, se ha cargado de energía y se comporta como un cortocircuito. La corriente está

desplazándose del terminal positivo del motor al negativo a través de la bobina. Cuando se

deja de alimentar la puerta del MOSFET, ésta se cierra. En ese momento el motor intentará

que ese cambio brusco en la alimentación no se haga efectivo aplicando toda su energía

almacenada al circuito. Esto provoca que se cree un potencial negativo donde antes era

positivo y viceversa en el otro terminal del motor.

Ilustración 4.54 Placa para los optoacopladores

MEMORIA 84

Un diodo de libre circulación soluciona este problema creando una rama paralela que

descarga toda la energía almacenada hasta que ésta se descarga por las pérdidas en el circuito y

la caída en el diodo.

Cuando el circuito se cierra de nuevo, el diodo se polariza en inversa y no afecta al

rendimiento del circuito. Al abrirse de nuevo el circuito, el diodo se polarizará en directa al

motor, permitiendo circular a la corriente almacenada en un loop temporal mientras quede

energía almacenada.

La tensión a través del motor disminuirá en función de la caída en el diodo. El tiempo

de duración de éstas corrientes inversas varía en función del tamaño de la inductancia pero

suele ser del orden de los milisegundos.

Para seleccionar un diodo ideal, el primer punto de referencia es que aguante elevados

picos de corriente (de esta forma podrá aguantar grandes transiciones de voltaje sin quemarse),

el segundo una tensión de polarización mínima y que la tensión caiga toda de nuevo en la

inductancia y el tercer punto sería la corriente de pico inversa capaz de soportar. Dependiendo

del sistema que se esté tratando, en algunas ocasiones las tensiones que se generan pueden ser

del orden de 10 veces de la nominal, por lo que es importante hacer un cálculo elevado del

elemento.

Cuando el sistema funciona con corriente continua, el diodo puede causar un retraso

en el corte de la corriente cuando se abre el circuito. Si la frecuencia del sistema es crucial, se

puede colocar una resistencia con valor muy bajo en serie con la inductancia para ayudar a

disipar la energía de la bobina más rápido.

Ilustración 4.55 Diodo en paralelo con inductancia

MEMORIA 85

Para el proyecto, debido al desconocimiento del vehículo con carga se ha optado por

colocar unos diodos de gran capacidad. El modelo seleccionado ha sido un diodo de potencia

de recuperación estándar, 70HF(R) Series.

Este diodo es capaz de soportar 70 amperios de manera continua y hasta picos de

1200 amperios.

Ilustración 4.56 Diodo en paralelo con resistencia en serie

Ilustración 4.57 Diodo empleado en el proyecto

MEMORIA 86

A continuación se muestran unas imágenes de la colocación de los diodos en el

vehículo.

Ilustración 4.58 Colocación de los diodos de protección

MEMORIA 87

4.7 Protecciones:

A la hora de proteger todo el vehículo de algún cortocircuito que pudiese ocurrir en el

vehículo se han colocado dos tipos de protecciones: un magnetotérmico y tres fusibles.

Un interruptor magnetotérmico, es un dispositivo capaz de interrumpir la corriente

eléctrica de un circuito cuando ésta sobrepasa ciertos valores máximos. Su funcionamiento se

basa en dos de los efectos producidos por la circulación de corriente eléctrica en un circuito: el

magnético y el térmico (efecto Joule). El dispositivo consta, por tanto, de dos partes, un

electroimán y una lámina bimetálica, conectadas en serie y por las que circula la corriente que

va hacia la carga.

Al circular la corriente por el electroimán, crea una fuerza que, mediante un dispositivo

mecánico adecuado, tiende a abrir el contacto, pero sólo podrá abrirlo si la intensidad que

circula por la carga sobrepasa el límite de intervención fijado. Esta parte es la protectora frente

a cortocircuitos.

La otra parte está constituida por una lámina bimetálica que, al calentarse por encima

de un determinado límite, sufre una deformación y pasa a la posición señalada en línea de

trazos lo que, mediante el correspondiente dispositivo mecánico, provoca la apertura del

contacto.

Ilustración 4.59 Interruptor magnetotérmico

MEMORIA 88

Un fusible es un dispositivo, constituido por un filamento o lámina de un metal

o aleación de bajo punto de fusión que se intercala en un punto determinado de una

instalación eléctrica para que se funda, por Efecto Joule, cuando la intensidad de corriente

supere, por un cortocircuito o un exceso de carga, un determinado valor que pudiera hacer

peligrar la integridad de los conductores de la instalación con el consiguiente riesgo de

incendio o destrucción de otros elementos.

Ilustración 4.60 Fusible de car audio empleado

MEMORIA 89

4.8 Conexiones eléctricas y secciones de cable:

Dirección

Control

MOSFETs Magnetotérmico Fusibles

Panel de control

Baterías

Motor Router

Arduino

Opt

oaco

plad

ores

Dirección

MOSFETs

Dire

cció

n

Panel de control

+12

+24

Ilustración 4.61 Conexiones del vehículo

MEMORIA 90

En los esquemas anteriores se pueden observar las conexiones que se realizarán entre

los distintos dispositivos que componen el vehículo.

Para los cálculos de la sección de los cálculos se debe emplear la siguiente fórmula:

𝑆 =2 · 𝐿 · 𝐼 · 𝜌

∆𝑉

Donde:

• S = sección del cable.

• L = Longitud del cable.

• I = Corriente máxima.

• 𝜌 = conductividad del cobre (1/56).

• ∆𝑉 = Caída de tensión (en voltios).

Tensión Elementos Corriente

máxima

Longitud Caída de

tensión

Sección

calculada

Sección

instalada

+12 Arduino 1 A 2 metro 1% = 0,12 0,6mm2

1,5mm2 Router 1 A 2 metro 1% = 0,12 0,6mm2

+24 Dirección 1,5 A 2 metros 1% = 0,24 0,44mm2 1mm2

+36 Motor 30 A 2 metro 1% = 0,36 9mm2 10mm2

Tabla 4.9 Secciones de cable calculadas

Para todas las señales digitales se ha utilizado cable de comunicación, pues está

comprobado que su sección es suficiente en el proyecto.

MEMORIA 91

Ilustración 4.62 Caja de control

Ilustración 4.63 Conexiones de los MOSFETs y el motor

MEMORIA 92

5. DISEÑO DEL SOFTWARE PARA ARDUINO

A continuación se muestran los diagramas de flujo del programa creado en la tarjeta

Arduino para el control y las comunicaciones de todo el proyecto.

5.1 Esquema general:

Al arrancar el Arduino lo primero que realiza es la configuración del mismo, asignar

pines de entrada y salida, configurar el puerto servidor y las comunicaciones.

A continuación entra en el loop principal y está chequeando constantemente el

interruptor de selector de modo para entrar en los distintos modos de conducción.

Inicio Arduino

Configuración

¿Selector de modo?

Local 1 Local 2 Standby Remoto

Volante

Ilustración 5.1 Esquema general

MEMORIA 93

5.2 Local 1:

En el modo de conducción “Local 1” se emplea el acelerador de moto para la tracción,

con el interruptor de selección de marcha se escoge el sentido de ésta y la dirección se realiza

de forma manual.

5.3 Local 2:

El modo de conducción “Local 2” emplea el thumb joystick para controlar tanto la

tracción como la dirección. Lo primero que se realiza es la comprobación del eje Y del joystick

para chequear el sentido de la marcha y la velocidad, a continuación se verifica el estado del eje

X para realizar las operaciones que correspondan en la dirección.

Local 1

¿Selector marcha?

Avance Paro Retroceso

Ilustración 5.2 Modo "Local 1"

MEMORIA 94

Local 2

¿Joystick eje Y?


Volante

¿Joystick eje X?

Izquierda Paro Derecha

Ilustración 5.3 Modo "Local 2"

Ilustración 5.4 Modo "Volante"

MEMORIA 95

5.4 Remoto:

Al activar el modo “Remoto” el Arduino se queda a la espera de que haya un cliente

conectado para recibir datos. Una vez que los ha recibido el primer campo corresponde con el

sentido de giro de la tracción y el segundo con la velocidad. El tercer campo es el valor de la

dirección y el último corresponde a encender o apagar las luces.

Remoto

Recibir datos

¿Tracción?


¿Dirección?

Izquierda Paro Derecha

Enviar datos

Ilustración 5.5 Modo "Remoto"

MEMORIA 96

5.5 Avance:

La función de “Avance” escribe sobre el pin de avance un PWM correspondiente al

valor de la consigna del acelerador. A continuación llama a la función “Letrero”.

5.6 Retroceso:

La función de “Retroceso” escribe sobre el pin de retroceso un PWM correspondiente

al valor de la consigna del acelerador. A continuación llama a la función “Letrero”.

Avance

Salida = Acelerador

Letrero

Retroceso

Salida = Acelerador

Letrero

Ilustración 5.6 Función "Avance"

Ilustración 5.7 Función "Retroceso"

5.7 Paro:

La función de “Paro” pone a 0 el estado de los dos pines de la tracción. A

continuación llama a la función “Letrero”.

5.8 Letrero:

En la función “Letrero” se comprueba el valor de consigna del acelerador para poder

mostrar cada dígito en su correspondiente display.

Paro

Salida = 0

Letrero

Ilustración 5.8 Función "Paro"

MEMORIA 98

Letrero

¿Acelerador?

Unidades

Decenas

Centenas

Ilustración 5.9 Función "Letrero"

MEMORIA 99

6. DISEÑO DEL SOFTWARE PARA EL DISPOSITIVO MÓVIL

6.1 Introducción

Para el desarrollo de la aplicación del dispositivo de control móvil se utilizó el

programa LiveCode Community en su versión 6.0, la cual es gratuita y se puede descargar

en http://livecode.com/download/

LiveCode es un entorno de desarrollo gráfico. Utiliza un lenguaje de programación

orientado a eventos. Además incluye un simulador para poder depurar mejor el código.

La programación orientada a eventos consiste en crear diversos eventos cuya

ejecución va determinada por los sucesos que ocurren en el sistema, definidos por el

usuario o que provoquen ellos mismos.

Cuando se inicializa el programa se llevan a cabo las inicializaciones y demás código

inicial y a continuación el programa quedará bloqueado hasta que se produzca algún

evento. Cuando alguno de los eventos esperados por el programa tenga lugar, el programa

pasará a ejecutar el código correspondiente a esa acción.

En LiveCode no hace falta asignar ningún tipo de variable, basta con nombrarlas y

el programa le asignará el formato más eficiente según el contenido de ésta. La

organización de la memoria es totalmente automática.

Las aplicaciones creadas son multiplaformas, pueden ser creadas para: Mac,

Windows, Linux, iOS y Android.

Los programas en LiveCode tienen una estructura organizada en una baraja

principal y distintas sub-barajas. Cada baraja y sub-baraja puede estar, a su vez, formada

por distintas tarjetas llamadas cartas.

Haciendo una simplificación de este sistema se puede definir la baraja principal

como el conjunto del programa en sí y las cartas como cada una de las distintas pantallas

que se muestran al usuario según las acciones que realice. Del mismo modo, en las sub-

barajas se incluyen las configuraciones o clases para los distintos objetos y cartas que

forman la baraja principal. Por ejemplo si en todas las cartas va a mostrarse un mismo

botón que realiza la misma acción basta crearlo una vez en una sub-baraja y llamarlo en

cada carta.

Debido a lo simple del programa que se ha creado en el proyecto no han hecho

falta crear sub-barajas y consta de la baraja principal y 3 cartas.

MEMORIA 100

A pesar de que LiveCode es un programa muy potente, no todas las funciones que

incorpora están disponible para el desarrollo de aplicaciones móviles. Este problema quedó

patente al tener que modificar todo el diseño del programa por no poder implementar una

comunicación TCP/IP entre el Arduino y el dispositivo móvil.

Por ello se tuvo que realizar la conexión entre ambos elementos mediante el envío y

recepción de peticiones HTTP.

6.2 Comunicación

La comunicación entre el control del coche y el usuario ha sido uno de los puntos

más difíciles de crear en el proyecto pero uno de los puntos fuertes de éste.

Existen numerosos proyectos similares a éste pero cuya conexión se realiza

mediante bluetooth. Si se hubiese escogido esta opción simplemente hubiese bastado con

escoger las librerías oportunas y adaptarlas al proyecto pero se hubiese tenido una gran

restricción y es que los bluetooth incorporados en los móviles solo tienen un alcance de 10

metros.

Por eso se ha optado por colocar un router wifi en el coche con el estándar WiFi G

(802.11b) capaz de ofrecer una conexión de hasta 100 metros.

En la imagen superior se puede observar el esquema de conexión de

comunicaciones del proyecto.

Arduino

Router

Móvil

LAN

Ilustración 6.1 Conexión vía wifi

MEMORIA 101

6.3 Estructura del programa

Como se ha comentado en el punto anterior el programa solo está formado por la

baraja principal y 3 cartas.

Se puede observar en el gráfico anterior que desde la carta “Inicio” se puede

acceder a las otras dos restantes, mientras que desde las otras dos solo se puede volver a la

carta “Inicio”. Esto es porque la estructura elegida para el programa consiste en una

pantalla principal que da la opción de poder entrar en cada una de las dos cartas.

6.3.1 Carta Inicio:

Baraja

Carta 1:

Inicio

Carta 2:

Configuración

Carta 3:

Conducción

Ilustración 6.2 Estructura del programa

Ilustración 6.3 Carta "Inicio"

MEMORIA 102

Se pueden apreciar los dos botones que nos llevan a las otras dos cartas. Además

hay un campo en la esquina superior derecha que indica la URL que tiene asignada el

programa para conectarse con el Arduino.

También se incluye una configuración inicial cuando se inicia el programa que

asigna la siguiente URL por defecto: http://192.168.1.2:1025. Se ha incluido también un

aviso que salta al iniciar al programa que comunica la dirección predefinida por si el usuario

la desconoce o necesita cambiarla.

6.3.2 Carta Configuración:

La carta “Configuración” es la más sencilla de todas. En ella solo se muestra dos

campos para rellenar correspondientes a la dirección URL de conexión.

Si los dos campos no son rellenados no se podrá volver a la carta “Inicio” saltando

un aviso que lo indique. Por el contrario, si se han rellenado los dos campos al presionar el

botón “Volver” muestra la URL ingresada y regresa a la carta anterior.

Ilustración 6.4 Carta "Configuración"

MEMORIA 103

6.3.3 Carta Conducción:

Ilustración 6.5 Carta "Conducción"

La carta “Conducción” es la más compleja de todas. Está compuesta por diferentes

elementos de información y actuación.

A continuación se muestra un esquema simplificado de la carta.

Información

URL Conectada LED

Acelerador Dirección Marcha

Luces

Menú

Ilustración 6.6 Carta "Conducción"

MEMORIA 104

Los iconos de color rojo muestran iconos que generan eventos en el programa

mientras que los de color azul ofrecen información sobre el estado del coche.

Cuando entramos en la carta, hasta que no se presiona el botón “acelerador” o

“dirección” no se empieza a realizar una conexión entre el móvil y el Arduino. En ese

momento se genera otro evento “oculto” (background) que va contando el tiempo que

transcurre mientras se realiza la conexión, si ese tiempo supera los 40 milisegundos el

indicador “LED” cambia a color amarillo indicando que la conexión está tardando más de

lo normal. Y si la conexión falla se pone de color rojo.

La imagen que se muestra del avión se hace necesaria para entender como se

maneja el vehículo desde el móvil. Los tres ejes que se muestran en la imagen corresponden

con las medidas que obtiene el giróscopo del móvil cuando movemos éste.

Al coger el móvil de forma horizontal como obliga la aplicación la aceleración del

vehículo se realiza girando éste a través del eje Y que equivale al Pitch Axis del avión y la

dirección se realiza girando sobre el eje X, Roll Axis.

Ilustración 6.7 Acelerómetros del móvil

MEMORIA 105

Cuando se activa uno de los dos iconos, para acelerar o girar, se activa el giróscopo

del móvil y lee los datos del sensor comparándolos con los que tenía guardados

anteriormente. Estos datos se envían al Arduino mediante URL.

Durante el desarrollo del programa se intentó que el vehículo se moviese hacia

delante o hacia atrás según la posición del móvil que sería un control mucho más intuitivo

del vehículo pero al inicializar el giróscopo de nuevo se generaba un cambio de variable en

el sentido opuesto de giro que inmediatamente se revertía indicando al Arduino el sentido

de avance correcto. Debido a este problema y con la intención de que los Mosfets que

controlan el motor no sufriesen en exceso se colocaron en la pantalla los botones de

“Avance”, “Paro” y “Retroceso”. De esta forma se obliga al vehículo a ir en el sentido

seleccionado o a pararse. Además para evitar confusiones el sentido de giro seleccionado se

queda oculto para que el usuario sepa que solo puede seleccionar las otras dos opciones y

de este modo conozca el sentido del coche y no repita una orden.

Ilustración 6.8 Modo "Avance" activado

En la imagen superior se puede observar como ha desaparecido la opción de “Avance”

porque es la que está activa en ese momento.

MEMORIA 106

7. CONCLUSIONES Y RESULTADO:

Inicio este capítulo con una breve valoración personal ya que a lo largo de todas las

etapas del desarrollo del proyecto se han obtenido una serie de aprendizajes que quiero que

queden recogidas en este documento. La mayoría de las mismas son apreciaciones

obtenidas del trabajo diario en el laboratorio y de la resolución de los problemas que allí

surgieron.

La primera de todas sin duda es que se necesita bastante tiempo para

estudiar, comprender y entender los diversos componentes que se necesitan para llevar a

cabo un proyecto desde cero. No solo la parte electrónica que es la que más se ha

desarrollado en este proyecto. Al terminarlo te das cuenta de todas las mejoras que se

pueden realizar, que es preferible dedicar más tiempo a los estudios previos y realización de

pequeñas maquetas que puedan ayudar a identificar problemas en lugar de creer en una

idea inicial y desarrollarla sin analizar sus puntos fuertes y débiles.

Del mismo modo, se hacea necesario comentar la cruda realidad en el mundo de la

electrónica. Te puedes pasar varios días diseñando un circuito electrónico, calculando sus

componentes, comprobando que los cálculos son correctos, realizando simulaciones en el

ordenador y corrigiendo los fallos que se detectan. Pero, a pesar de todo ese desarrollo

previo, es difícil que el circuito funcione correctamente en el primer montaje. Y es

necesario buscar soluciones alternativas y nuevos componentes para lograr que el circuito

funcione como se desea. Debido al elevado número de veces que ha sido necesario buscar

soluciones, esto ha provocado un incremento de conocimientos constantes. Si los circuitos

hubiesen funcionado a la primera, o se hubiesen comprado ya funcionando, no se hubiesen

aprendido los problemas que tienen las aplicaciones de conmutación según la frecuencia de

trabajo, o porque es más fácil utilizar un dispositivo controlado por tensión que por

corriente o los sistemas de protección que se pueden incorporar como los

optoacopladores.

También ha resultado muy interesante aprender el lenguaje de programación que

actualmente se está utilizando para crear aplicaciones móviles multiplataformas y que te

obliga a aprender a pensar de una nueva manera. Ya la programación no se realiza de un

modo lineal, se escriben los eventos que son necesarios para que todo el programa se

ejecute y, a continuación todos estos se relacionan mediante llamadas y pueden estar

ejecutándose de trasfondo, en primer plano o estar latentes hasta que son llamados.

MEMORIA 107

Además de que existen distintas capas en el programa y se puede estar en una única capa

con sus eventos o, por el contrario, estar en varias capas simultáneamente.

Otra valoración que considero importante, no solo es necesario dominar un campo

para la realización de un proyecto, se ha puesto de manifiesto en el resultado final del

proyecto el desconocimiento en conceptos de mecánica y materiales. Todo el rendimiento

del proyecto se ha visto mermado por el mal cálculo y diseño de la estructura. No solo por

el desconocimiento de materiales y métodos de cálculo, si no también por no saber enfocar

el diseño a una solución eficaz.

Para concluir este apartado, se hace necesario el poder expresar la gran satisfacción

de poder haber realizado este proyecto pero ésta es, aún mayor, cuando se puede realizar

un repaso a todo el proceso y comprobar todas las experiencias y conocimientos

adquiridos.

Como se ha escrito en la memoria, el proceso de construcción ha resultado bastante

duro y con bastantes contratiempos que han producido tener que modificar el diseño y

tener que reducir las expectativas finales.

Ha sido un pequeño fracaso el no haber conseguido que el sistema trabajase a una

frecuencia mayor, a pesar de las alternativas probadas. O el no poder usar un gate-driver

para el control de los MOSFET.

A pesar de no estar contento con el diseño de la estructura del coche, esta servirá

para que en el próximo diseño se tengan en cuenta todos sus puntos débiles o los

elementos que no son prácticos para poder mejorarlo.

Ha sido interesante poder descubrir una plataforma capaz de desarrollar

aplicaciones para diferentes plataformas con un mismo código. Lo cual simplifica mucho el

proceso y no hace necesario aprender los lenguajes específicos de cada plataforma.

MEMORIA 108

8. BIBLIOGRAFÍA:

• Albert Malvino y David J. Bates, "Principios de Electrónica. 7ª edición", Mc

GrawHill, 2007.

• Bogdan Grabowski, “Prontuario de Electrónica”, Paraninfo Thomson Learning,

1999

• Michael Margolis, “Arduino Cookbook, 1ª edición”, O’Reilly, 2011.

• Jean François Machut, “Selección de componentes de electrónica, 2ª edición”,

Marcombo, 2007.

• http://www.arduino.cc

• http://www.neoteo.com

• http://www.forosdeelectronica.com

• http://www.livecode.com

• http://bricogeek.com

• http://www.wikipedia.org

• chemelec.com

Parte II

Pliego de condiciones y presupuesto


CIVIL E INDUSTRIAL




TOMO II

Pliego de condiciones y presupuesto




28 de Junio de 2013

9. PLIEGO DE CONDICIONES:

En este capítulo se recoge el conjunto de normas y acciones que se deberán llevar a cabo

en la realización del proyecto.

Los trabajos de elaboración de la electrónica y programación del proyecto se llevarán a

cabo en el laboratorio, en donde se dispondrá de todo el material y equipos necesarios para la

realización del mismo.

Se utilizarán herramientas de software y hardware libre para la realización del proyecto y

la posterior utilización del dispositivo, siempre que exista posibilidad.

El código del programa servidor irá instalado en la memoria del controlador maestro,

aunque éste será adjuntado junto con el código de la aplicación móvil que si habrá de ser alojado

por el usuario en su dispositivo cliente.

Se adjuntarán todos los códigos de los programas realizados y esquemas de PCBs que se

distribuirán con el dispositivo.

10. PRESUPUESTO:

Se presupuestan en este apartado todos los componentes electrónicos, eléctricos y elementos

necesarios para la reproducción del proyecto con excepción del dispositivo móvil. Las horas

de trabajo son calculadas en función de los créditos de la asignatura.

Concepto Precio Ud. Cantidad Subtotal Parte mecánica

Hora de trabajo 20,00 € 10 200,00 € Material vario 60,00 € 1 60,00 € Cadena 10,00 € 1 10,00 € Sillón 12,00 € 1 12,00 € Estructura sillón 8,00 € 1 8,00 € Tornillo 912 Allen 10x40 0,57 € 10 5,70 € Arandela INOX plana 10 0,08 € 20 1,60 € Tuerca seguridad M10 0,18 € 10 1,80 € Tuerca hexagonal M8 0,07 € 10 0,70 € Tuerca seguridad M8 0,10 € 6 0,60 € Tornillo 912 Allen 8x40 0,39 € 2 0,78 € Tornillo 912 Allen 8x50 0,45 € 2 0,90 € Tornillo 912 Allen 8x30 0,28 € 2 0,56 € Tornillo 10x2 2,00 € 1 2,00 € Tornillo 16x3 2,00 € 1 2,00 € Arandela seguridad 2mm 2,00 € 1 2,00 € Arandela 3mm 2,00 € 1 2,00 €

Total 310,64 €

Parte eléctrica Magnetotérmico tetrapolar 30,80 € 1 30,80 € Portafusible car-‐audio 4,28 € 1 4,28 € Portafusible aereo 0,51 € 2 1,02 € Fusible car-‐audio 40A 0,70 € 1 0,70 € Fusible 5A 0,20 € 2 0,40 € Amperímetro panel 30ADC 19,90 € 1 19,90 € Amperímetro panel 5ADC 9,90 € 2 19,80 € Voltímetro panel 50VDC 3,07 € 1 3,07 € Voltímetro panel 36VDC 3,07 € 1 3,07 € Voltímetro panel 15VDC 3,07 € 1 3,07 € Cable 10mm2 1,82 € 8 14,56 € Cable 1,5mm2 0,25 € 20 4,90 €

Cable 2x0,75mm2 0,61 € 8 4,88 € Cable manguera 6 hilos 0,71 € 4 2,84 € Cable manguera 10 hilos 0,91 € 2 1,82 € Cable manguera 8 hilos 0,81 € 2 1,62 € Terminal redondo 0,75mm2 0,18 € 4 0,72 € Terminal redondo 1,5mm2 0,20 € 4 0,80 € Terminal redondo 8mm2 0,30 € 2 0,60 € Puntera 0,75mm2 0,19 € 20 3,80 € Puntera 1,5mm2 0,25 € 10 2,50 € Puntera 3mm2 0,30 € 10 3,00 € Puntera 10mm2 0,60 € 20 12,00 € Funda termorretractil 0,75mm2 0,49 € 2 0,98 € Funda termorretractil 2mm2 0,75 € 2 1,50 € Funda termorretractil 4mm2 0,80 € 2 1,60 € Motor 800W 30A 92,00 € 1 92,00 € Actuador lineal 83,00 € 1 83,00 € Acelerador de moto 9,99 € 1 9,99 € Thumb joystick 3,10 € 1 3,10 € Arduino MEGA 56,00 € 1 56,00 € Ethernet Shield 28,50 € 1 28,50 € Router 2ª mano 10,00 € 1 10,00 € Batería 15Ah 30,00 € 3 90,00 € MOSFET IRFZ44N 1,28 € 10 12,80 € MOSFET IRF9540 1,50 € 10 15,00 € Optoacoplador CNX82 0,96 € 2 1,92 € Resistencias THD varias 0,03 € 6 0,18 € Resistencias SMD varias 0,03 € 10 0,30 € LEDs 3mm 0,17 € 2 0,34 € Baquelita 100x150 6,50 € 1 6,50 € Conector 4 pines 3,40 € 1 3,40 € Conector 8 pines 4,60 € 1 4,60 €

Total 561,86 €

Otros Diseño, estudio y montaje 8,00 € 75 600,00 €

Total 600,00 €

Total acumulado 1.472,50 €

Parte III

Anexos

ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE INGENIERÍA CIVIL

E INDUSTRIAL




TOMO III

ANEXOS




28 de Junio de 2013

ANEXO A

ESQUEMAS Y PCB

Figura A.1 Esquema panel de control THD

Figura A.2 PCB panel de control THD cara superior

Figura A.3 PCB panel de control THD cara inferior

Figura A.4 Esquema panel de control SMD

Figura A.5 PCB panel de control SMD cara superior

Figura A.6 PCB panel de control SMD cara inferior

Figura A.7 Esquema para la PCB de interruptores

Figura A.8 PCB para los interruptores cara inferior

Figura A.9 PCB para los interruptores cara inferior

Figura A.10 Esquema para los LEDs SMD

Figura A.11 PCB para los LEDs SMD

Figura A.12 Esquema para los displays en SMD

Figura A.13 PCB para los displays en SMD cara superior

Figura A.14 PCB para los displays en SMD cara inferior

Ilustración A.1 Esquema panel de control THD

Ilustración A.2 PCB panel de control THD cara superior

Ilustración A.3 PCB panel de control THD cara inferior

Ilustración A.4 Esquema panel de control SMD

Ilustración A.5 PCB panel de control SMD cara superior

Ilustración A.6 PCB panel de control SMD cara inferior

Ilustración A.7 Esquema para la PCB de interruptores

Ilustración A.8 PCB para los interruptores cara inferior

Ilustración A.9 PCB para los interruptores cara inferior

Ilustración A.10 Esquema para los LEDs SMD

Ilustración A.11 PCB para los LEDs SMD

Ilustración A.12 Esquema para los displays en SMD

Ilustración A.13 PCB para los displays en SMD cara superior

Ilustración A.14 PCB para los displays en SMD cara inferior

ANEXO B

Códigos fuente

B.1 Código Arduino

B.2 Código LiveCode Carta Inicio

B.3 Código LiveCode botón “modo”

B.4 Código LiveCode botón “configuracion”

B.5 Código LiveCode botón “volver”

B.6 Código LiveCode botón “pulgar”

B.7 Código LiveCode botón “giro”

B.8 Código LiveCode botón “retroceso”

B.9 Código LiveCode botón “paro”

B.10 Código LiveCode botón “avance”


B.12 Código LiveCode carta “conducción”

B1. Código Arduino /* Programa para el control de un vehiculo remoto */

/* Jorge De Leon Rivas */

/* PFC ITI-Electronica Industrial Curso 2012-2013 */

/* LIBRERIAS */

#include <SPI.h>

#include <Ethernet.h>

String mensaje;

String line;

/* ENTRADAS ANALOGICAS */

int SELECTOR = A0; //Selector para el modo (LOCAL1, LOCAL2, STANDBY o REMOTO)

int ACELERADOR_M = A2; //Acelerador del manillar

int SENTIDO = A1; //Selector AVANCE/RETROCESO

int JOYSTICK_TRAC = A3; //Aceleracion del vehiculo con el joystick (retroceso/paro/avance)

int JOYSTICK_DIRE = A4; //Direccion del vehiculo con el joystick (izquierda/paro/derecha)

/* SALIDAS DIGITALES */

int MOTOR_RETR = 7; //Pin PWM para el retroceso del motor

int MOTOR_AV = 13; //Pin PWM para el avance del motor

int GIRO_IZQUIERDA = 14; //Pin para el giro hacia la izquierda de la direccion

int GIRO_DERECHA = 15; //Pin para el giro hacia la derecha de la direccion

int LED_AVANCE = 36; //Led indicador avance motor

int LED_PARO = 37; //Led indicador "punto muerto"

int LED_RETROCESO = 35; //Led indicador retroceso motor

int LED_IZQ = 32; //Led indicador del giro hacia la izquierda

int LED_IZQ_TOP = 33; //Led indicador que la dirección está girada al máximo a la izquierda

int LED_DCHA = 34; //Led indicador del giro hacia la derecha

int LED_DCHA_TOP = 38; //Led indicador que la dirección está girada al máximo a la derecha

int LUCES = 39; //Pin para las luces del vehiculo

/* ENTRADAS DIGITALES */

int LUCES_PULSADOR = 2; //Pulsador para ACTIVAR/DESACTIVAR las luces

int GIRO_IZQUIERDA_TOPE= 19; //Interruptor FDC que indica que la dirección ha llegado al tope izquierdo

int GIRO_DERECHA_TOPE = 18; //Interruptor FDC que indica que la dirección ha llegado al tope derecho

/* VARIABLES GLOBALES */

int ACELERADOR_M_POS = 0; //Variable que nos indica la posición del acelerador del manillar.

int SELECTOR_POS = 0; //Variable que nos indica la posicion del selector de modo (L1, L2, STBY, RMT). Es global para letrero() ver de que entrada lee.

int JOYSTICK_TRAC_POS = 0; //Variable que nos indica la posicion del joystick de traccion

/* VARIABLES VIRTUALES */

int TRACCION_VIRTUAL = 0; //Variable que nos indica la posicion del acelerador virtual de avance

int DIRECCION_VIRTUAL = 0; //Variable que nos indica el giro a la izquierda virtual

int LUCES_VIRTUAL = 0;

/* VARIABLES DISPLAYS */

int U1 = 42;

int U2 = 43;

int U3 = 44;

int U4 = 45;

int D1 = 46;

int D2 = 47;

int D3 = 48;

int D4 = 49;

int C1 = 50;

int C2 = 51;

int C3 = 52;

int C4 = 53;

const int NUMEROS [] [4]= { //Array de arrays para obtener la combinacion de los 4 pines de los displays

{HIGH}, {HIGH}, {HIGH}, {HIGH}, //0

{HIGH}, {HIGH}, {HIGH}, {LOW}, //1

{HIGH}, {HIGH}, {LOW}, {HIGH}, //2

{HIGH}, {HIGH}, {LOW}, {LOW}, //3

{HIGH}, {LOW}, {HIGH}, {HIGH}, //4

{HIGH}, {LOW}, {HIGH}, {LOW}, //5

{HIGH}, {LOW}, {LOW}, {HIGH}, //6

{HIGH}, {LOW}, {LOW}, {LOW}, //7

{LOW}, {HIGH}, {HIGH}, {HIGH}, //8

{LOW}, {HIGH}, {HIGH}, {LOW} //9

};

/* VARIABLES CONEXIONES ETHERNET */

String recibido; //String para los caracteres enviados por el cliente

byte mac[] = {0xDE,0xAD,0xBE,0xEF,0xFE,0xED}; //Direccion MAC del Arduino

IPAddress ip(192, 168, 1, 2); //Direccion IP del Arduino

EthernetClient client; //Declaramos la variable para identificar al cliente

EthernetServer server(80); //Abrimos el puerto para las comunicaciones

/* RUTINA DISPLAYS (LETRERO) */

//La rutina de los displays se encarga de leer la varible del acelerador que corresponda y mostrar su posición en los 3 displays 7 segmentos

void letrero () {

int acelerador = 0; //Declaramos una variable que llamamos acelerador

if (SELECTOR_POS == 0) //Si estamos en el modo L1 que lea la posicion del acelerador del manillar

acelerador = (ACELERADOR_M_POS); //Multiplicamos por 4 para tener el valor de 0 a 1023

// else

// Aqui tiene que leer la condicion para el modo L2 que lea la posicion del acelerador

int valor = map (acelerador, 0, 1023, 0, 100);

int unidades = valor % 10; //Valor de las unidades

int decenas = valor / 10; //Valor de las decenas

int centenas = valor / 100; //Valor de las centenas

digitalWrite (U1, NUMEROS [unidades][0]); //Salida por el display de unidades

digitalWrite (U2, NUMEROS [unidades][1]);



digitalWrite (D1, NUMEROS [decenas][0]);




digitalWrite (C1, NUMEROS [centenas][0]);




}

/* MODOS MOTOR */

//En los modos de motor se realizan las acciones que correspondan según el modo en el que se esté para aplicar el pwm y la dirección indicada al motor.

void avance(){

//Estamos en el modo en que el motor avanza

//Serial.println("Estoy avanzando");

int acelerador = 0; //Creamos una variable interna para el valor de PWM.

if (SELECTOR_POS == 3){ //Depende del modo en el que estemos tendremos que leer un acelerador u otro.

acelerador = analogRead (ACELERADOR_M); //Aquí leemos el acelerador del manillar

// Serial.println(ACELERADOR_M);

acelerador = map (acelerador, 191, 865, 0, 255);

// acelerador = map (acelerador, 47, 215, 0, 255);

Serial.println (ACELERADOR_M);

}

else if (SELECTOR_POS == 0){ //Aquí leemos el joystick y mapeamos su valor

acelerador = analogRead (JOYSTICK_TRAC);


}

else if (SELECTOR_POS == 2){

acelerador = TRACCION_VIRTUAL/8

;


}

// Serial.println(acelerador);

digitalWrite (MOTOR_RETR, LOW); //Primero ponemos a baja la otra salida del motor para que no haya ningún corto.

analogWrite (MOTOR_AV, acelerador); //Por el pin correspondiente aplicamos el PWM al motor

digitalWrite (LED_RETROCESO, LOW); //Apagamos el led de retroceso

digitalWrite (LED_PARO, LOW); //Apagamos el led de parada

digitalWrite (LED_AVANCE, HIGH); //Encendemos el led de avance

letrero(); //Vamos a la rutina de letrero().

}

void paro(){

//Estamos en el modo que no se aplica ninguna tensión al motor.

//Serial.println("Estoy en modo paro");

digitalWrite (MOTOR_RETR, LOW); //Ponemos las dos salidas del motor a baja

digitalWrite (MOTOR_AV, LOW);

digitalWrite (LED_RETROCESO, LOW); //Apagamos el led de retroceso

digitalWrite (LED_AVANCE, LOW); //Apagamos el led de avance

digitalWrite (LED_PARO, HIGH); //Encendemos el led de parada


}

void retroceso(){

//Estamos en el modo en que el motor retrocede.

//Serial.println("Estoy retrocediendo");

int acelerador; //Creamos una variable interna para el valor de PWM

if (SELECTOR_POS == 3){ //Depende del modo en el que estemos tendremos que leer un sensor u otro

acelerador = analogRead (ACELERADOR_M); //Aquí leemos el acelerador del manillar


Serial.println (acelerador);

}

if (SELECTOR_POS == 0){ //Aquí leemos el acelerador del joystick y mapeamos su valor

acelerador = analogRead (JOYSTICK_TRAC);


}

if (SELECTOR_POS == 2){

acelerador = TRACCION_VIRTUAL/8;


}

digitalWrite (MOTOR_AV, LOW); //Primero ponemos a baja la otra salida del motor para que no haya ningún corto

analogWrite (MOTOR_RETR, acelerador); //Por el pin correspondiente aplicamos el PWM al motor

digitalWrite (LED_PARO, LOW); //Apagamos el led de parada

digitalWrite (LED_AVANCE, LOW); //Apagamos el led de avance

digitalWrite (LED_RETROCESO, HIGH); //Encendemos el led de retroceso


}

/* MODO LOCAL1 */

//En el modo local 1 tenemos un interruptor de 3 posiciones que nos indica el sentido del giro del motor: avance-paro-retroceso.

void local1(){

//Serial.println("Estoy en local1");

ACELERADOR_M_POS = analogRead (ACELERADOR_M); //Leemos la posicion del acelerador y la establecemos entre 0-255 (el valor analógico es de 1024 valores y el de pwm de 256)

ACELERADOR_M_POS = ACELERADOR_M_POS/4;

int sentido_pos = analogRead (SENTIDO); //Leemos el selector de avance-paro-retroceso

// Serial.println(sentido_pos);

sentido_pos = map (sentido_pos, 0, 1000, 0, 2); //Mapeamos el valor para asignarlo a nuestras 3 opciones

switch (sentido_pos){

//En el caso de que tengamos un 0 iremos a avance(), con un 1 iremos a paro() y con un 2 iremos a retroceso().

case 0:

retroceso();

break;

case 1:

paro();

break;

case 2:

avance();

break;

}

}

/* MODO LOCAL2 */

//En el modo local 2 todo el coche se maneja desde el joystick, tanto el avance y el retroceso como la dirección. Pero en esta rutina solo nos fijamos en la tracción del coche

void local2(){

//Serial.println ("Estoy en local2");

JOYSTICK_TRAC_POS = analogRead (JOYSTICK_TRAC); //Miramos la posicion del eje X del joystick

//Serial.println (JOYSTICK_TRAC_POS);

if (JOYSTICK_TRAC_POS < 487) //Si el valor que leemos del joystick es menor que 500, quiere decir que tenemos el joystick bajado y vamos a retroceso()

retroceso();

else if (JOYSTICK_TRAC_POS > 537) //Si el valor que leemos del joystick es mayor que 525, quiere decir que tenemos el joystick subido y vamos a avance()

avance();

else //De lo contrario, si el joystick se encuentra entre 500 y 525, no estamos tocando el joystick y vamos a paro()

paro();

}

/* MODO STANDBY */

//En el modo standby, como no se puede introducir una interrupción mediante una entrada analógica, activamos un transistor que si active una entrada digital y ponemos el Arduino en modo sleep.

void standby(){

//Serial.println("Estoy en stanby");

}

/* MODO REMOTO */

//En el modo remoto se realiza una conexión del arduino via ethernet con un router wifi para que se pueda controlar desde un dispositivo con Android

void remoto(){

int sentido;

int acelerador; //Esta variable nos da el mapeo y nos da el valor para enviar al movil

if (!client || !client.connected()){

//Serial.println("Aqui");

acelerador = 0;

client.stop();

client = server.available();

}

if (client) {

// an http request ends with a blank line

line = String();

boolean current_line_is_blank = true;

while (client.connected()) {

if (client.available()) {

char c = client.read();

line += c;

// if we've gotten to the end of the line (received a newline

// character) and the line is blank, the http request has ended,

// so we can send a reply

if (c == '\n' && current_line_is_blank) {

// send a standard http response header

client.println("HTTP/1.1 200 OK");

client.println("Content-Type: text/plain");

// print all the files, use a helper to keep it clean

//ListFiles(client, 0);

acelerador = map (TRACCION_VIRTUAL, 0, 2046, 0, 100);

if (sentido == 1){ //Si el valor que leemos del joystick es menor que 500, quiere decir que tenemos el joystick bajado y vamos a retroceso()

mensaje += "AVANCE ";

}

else if (sentido == 2){ //Si el valor que leemos del joystick es mayor que 525, quiere decir que tenemos el joystick subido y vamos a avance()

mensaje += "RETROCESO ";

}

else{

mensaje += "PARO ";

}

mensaje += acelerador;

mensaje += " ";

if (DIRECCION_VIRTUAL > 700){ //Si el valor que leemos del joystick es menor que 500, quiere decir que tenemos el joystick bajado y vamos a retroceso()

mensaje += "DERECHA ";

}

else if (DIRECCION_VIRTUAL < 300){ //Si el valor que leemos del joystick es mayor que 525, quiere decir que tenemos el joystick subido y vamos a avance()

mensaje += "IZQUIERDA ";

}

else{

mensaje += "RECTO ";

}

client.print("Content-Length: ");

client.println(mensaje.length());

client.println();

client.print(mensaje);

Serial.println(mensaje);

//ListFiles(client, 0);

// client.stop();

mensaje = String();

break;

}

if (c == '\n') {

if (line.startsWith("GET")) {

int beginIdx = line.indexOf('?');

if (beginIdx != -1) {

int id1 = line.indexOf(',', ++beginIdx);

sentido = line.substring(beginIdx, id1).toInt();

// TRACCION_VIRTUAL = line.substring(beginIdx, idx).toInt();

// TRACCION_VIRTUAL = TRACCION_VIRTUAL/2; //Se divide entre 2 porque el valor que entrega el movil es entre 0 y 2046 para tener mas resolucion

beginIdx = id1 + 1;

int id2 = line.indexOf(',', beginIdx);

TRACCION_VIRTUAL = line.substring(beginIdx, id2).toInt();

// TRACCION_VIRTUAL = TRACCION_VIRTUAL/2; //Se divide entre 2 porque el valor que entrega el movil es entre 0 y 2046 para tener mas resolucion

beginIdx = id2 + 1;

int id3 = line.indexOf(',', beginIdx);

DIRECCION_VIRTUAL = line.substring(beginIdx, id3).toInt();

// DIRECCION_VIRTUAL = DIRECCION_VIRTUAL / 2;

beginIdx = id3 + 1;

int luces = line.substring(beginIdx).toInt();

Serial.println(sentido);

Serial.println(TRACCION_VIRTUAL);

Serial.println(DIRECCION_VIRTUAL);

Serial.println(luces);

}

/* Seleccion del sentido */ //No se si crear uno comun para todos e invocarlo desde todos los sitios o crear uno en cada funcion

if (sentido == 0) //Si el valor que leemos del joystick es menor que 500, quiere decir que tenemos el joystick bajado y vamos a retroceso()

paro();

else if (sentido == 1) //Si el valor que leemos del joystick es mayor que 525, quiere decir que tenemos el joystick subido y vamos a avance()

avance();

else{

retroceso();

}

direccionvirtual();

}

// we're starting a new line

Serial.println(line);

line = String();

current_line_is_blank = true;

} else if (c != '\r') {

// we've gotten a character on the current line

current_line_is_blank = false;

}

}

}

// give the web browser time to receive the data

//delay(1);

}

}

/* RUTINA PARA ENCENDER LAS LUCES */

//Tenemos un interruptor en los mandos que actúa en forma de interrupción externa para apagar o encender las luces.

//Es la interrupción externa 2 y se sitúa en el pin 21.

void luces(){

// Serial.println("LUCES");

// boolean luces;

// if (SELECTOR_POS == 1 || SELECTOR_POS == 0)

// luces = LUCES_PULSADOR;

if (SELECTOR_POS == 2){

if (LUCES_VIRTUAL == 1){

// Serial.println ("Luces virtuales");

digitalWrite(LUCES, HIGH);

}

else{

// Serial.println ("Luces virtuales");

digitalWrite(LUCES, LOW);

}

// else

// digitalWrite(LUCES, LOW);

}

if (SELECTOR_POS == 3 || SELECTOR_POS == 0){

digitalWrite(LUCES, !digitalRead(LUCES));

}

}

/* DIRECCION VIRTUAL */

void direccionvirtual(){

if (DIRECCION_VIRTUAL < 300 && digitalRead (GIRO_IZQUIERDA_TOPE) != HIGH ) {

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW); //Apagamos el led de giro a la derecha

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, HIGH); //Encendemos el led de giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, HIGH); //Ponemos a alta la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA_TOP, LOW); //Apagamos el led de dirección girada al máximo a la derecha

//Serial.println ("giroizquierda");

}

else if (DIRECCION_VIRTUAL > 700 && digitalRead (GIRO_DERECHA_TOPE) != HIGH) { //Si por el contrario tenemos el joystick girado a la derecha y no está activo su FDC entramos en el bucle

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW); //Apagamos el led de giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, HIGH); //Encendemos el led de giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA, HIGH); //Ponemos a alta la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ_TOP, LOW); //Apagamos el led de dirección girada al máximo a la izquierda

//Serial.println ("giroderecha");

}

else { //En cualquier otro caso, siginifica que no estamos moviendo el joystick sobre el eje X

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_DCHA, LOW); //Ponemos a baja el led de giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, LOW); //Ponemos a baja el led de giro a la izquierda

//Serial.println ("paro");

//Serial.println (posgiro1);

}

}

/* RUTINA PARA LA DIRECCIÓN */

//En la rutina de dirección el Arduino se encarga de controlar el actuador lineal junto con dos interruptores FDC para mover la dirección

void volante () {

int posgiro1 = 0;

if (SELECTOR_POS == 0)

posgiro1 = analogRead (JOYSTICK_DIRE); //Creamos una variable interna para leer el valor del eje X del joystick

// if (SELECTOR_POS == 2)

// posgiro1 = DIRECCION_VIRTUAL;

int tope_izq = digitalRead (GIRO_IZQUIERDA_TOPE);

int tope_dcha = digitalRead (GIRO_DERECHA_TOPE);

if (posgiro1 > 537 && tope_izq != HIGH ) { //Si tenemos el joystick girado a la izquierda y no está activo su FDC entramos en el bucle

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW); //Apagamos el led de giro a la derecha

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, HIGH); //Encendemos el led de giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, HIGH); //Ponemos a alta la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA_TOP, LOW); //Apagamos el led de dirección girada al máximo a la derecha

//Serial.println ("giroizquierda");

}

else if (posgiro1 < 487 && tope_dcha != HIGH) { //Si por el contrario tenemos el joystick girado a la derecha y no está activo su FDC entramos en el bucle

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW); //Apagamos el led de giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, HIGH); //Encendemos el led de giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (LED_DCHA, HIGH); //Ponemos a alta la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ_TOP, LOW); //Apagamos el led de dirección girada al máximo a la izquierda

//Serial.println ("giroderecha");

}

else if (tope_dcha == HIGH){ //En caso de que la dirección esté girada al máximo a la derecha

digitalWrite (LED_DCHA_TOP, HIGH); //Encendemos el led que lo indica

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW);

// digitalWrite (LED_IZQ_TOP, LOW);

}

else if (tope_izq == HIGH){ //En caso de que la dirección esté girada al máximo a la izquierda

digitalWrite (LED_IZQ_TOP, HIGH); //Encendemos el led que lo indica

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW);

// digitalWrite (LED_DCHA_TOP, LOW);

}

else { //En cualquier otro caso, siginifica que no estamos moviendo el joystick sobre el eje X

digitalWrite (GIRO_IZQUIERDA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la izquierda

digitalWrite (GIRO_DERECHA, LOW); //Ponemos a baja la salida del giro a la derecha

digitalWrite (LED_DCHA, LOW); //Ponemos a baja el led de giro a la derecha

digitalWrite (LED_IZQ, LOW); //Ponemos a baja el led de giro a la izquierda

//Serial.println ("paro");

//Serial.println (posgiro1);

}

// Serial.println (digitalRead(GIRO_IZQUIERDA_TOPE));

// Serial.println (digitalRead(GIRO_DERECHA_TOPE));

}

/* CONFIGURACION uC */

//Al setup() solo se entra en el arranque del Arduino y sirve para hacer las condiguraciones que hagan falta.

void setup() {

TCCR0B = (TCCR0B & 0xF8) | 0x02; //Configuramos el TMR0 para saque el PWM a 7815kHz en los pines 7 y 13

//Configuramos los pines segun sean (E/S)

pinMode (MOTOR_AV, OUTPUT); //PWM para el avance

pinMode (MOTOR_RETR, OUTPUT); //PWM para el retroceso

pinMode (LED_AVANCE, OUTPUT); //Led indicador avance motor

pinMode (LED_PARO, OUTPUT); //Led indicador "punto muerto"

pinMode (LED_RETROCESO, OUTPUT); //Led indicador retroceso motor

pinMode (LED_IZQ, OUTPUT); //Led indicador del giro hacia la izquierda

pinMode (LED_IZQ_TOP, OUTPUT); //Led indicador que la dirección está girada al máximo a la izquierda

pinMode (LED_DCHA, OUTPUT); //Led indicador del giro hacia la derecha

pinMode (LED_DCHA_TOP, OUTPUT);

pinMode (LUCES, OUTPUT);

pinMode (LUCES_PULSADOR,INPUT);

digitalWrite(LUCES_PULSADOR, HIGH);

attachInterrupt(0, luces, RISING); //Llamada a la interrupción para las luces.

//attachInterrupt(3, standby, RISING); //Llamada a la interrupción para el modo sleep.

Serial.begin(9600); //Iniciamos la comunicacion Serial

Ethernet.begin(mac,ip); //Iniciamos la conexion ethernet con la direccion MAC e IP asignadas

server.begin(); //Iniciamos el servidor

Serial.print("servidor en ip: "); //Imprimos por serie el la direccion IP del servidor

Serial.println(Ethernet.localIP());

}

/* PROGRAMA PRINCIPAL */

void loop(){

//En el programa principal se chequea continuamente el valor del interruptor de modo y según su posición se va a una rutina u otra.

SELECTOR_POS = analogRead (SELECTOR); //Variable para guardar la posicion del selector de modo

SELECTOR_POS = map (SELECTOR_POS, 0, 800, 0, 3); //Mapeamos el valor para tener solo 4 casos

//Serial.println(SELECTOR_POS);

switch (SELECTOR_POS) { //Segun sea el valor iremos a un caso o a otro

case 3:

// Serial.println("Local 1");


break; //Salimos del switch

case 0:

Serial.println("Local 2");

// client.stop();


volante(); //Vamos a la dirección

break;

case 1:

Serial.println("Standby");

standby(); //Vamos al modo standby

break;

case 2:

//Serial.println("Remoto");

remoto(); //Vamos al modo remoto

break;

};

}

B.2 Código LiveCode carta “principal”

global laURL on preOpenCard put "http://192.168.1.2:1025" into laURL end preOpenCard on OpenCard put "La URL es: " & laURL into the field URLField end OpenCard

B.3 Código LiveCode botón “modo”

on mouseUp go to card "conduccion" end mouseUp

B.4 Código LiveCode botón “configuracion”

on mouseUp go to card "configuracion" end mouseUp


global laURL global direccion global puerto on mouseUp put the text of field URLField into direccion put the text of field PuertoField into puerto if direccion is empty or puerto is empty then answer "Rellene los campos" else put "http://" & direccion & ":" & puerto into laURL answer "La URL es:" && laURL go to card "principal" end if end mouseUp

B.6 Código LiveCode botón “pulgar”

global laURL global traccion global alarmID global emergency on mouseDown mobileStartTrackingSensor "rotation rate", false -- put currentTime into previousTime put 0 into emergency put 1 into traccion -- put 1024 into roll -- put 0 into pitchRate -- put 0 into rollRate -- put 1024 into pitch send "alarm" to card "conexion" in 200 millisecs put the result into alarmID load URL laURL with message "URLDescargada" -- hide button "ModoVolver" end mouseDown on mouseUp mobileStopTrackingSensor "rotation rate", false put 0 into traccion cancel alarmID -- hide the button ErrorCheck -- hide the button ConexionCheck -- show button "ModoVolver" hide image ledrojo hide image ledamarillo show image ledverde end mouseUp

B.7 Código LiveCode botón “giro”

global laURL global giro global alarmID global emergency on mouseDown mobileStartTrackingSensor "rotation rate", false -- put currentTime into previousTime put 0 into emergency -- put 0 into pitchRate -- put 1024 into pitch send "alarm" to card "conexion" in 200 millisecs put the result into alarmID

put 1 into giro load URL laURL with message "URLDescargada" -- hide button "ModoVolver" end mouseDown on mouseUp mobileStopTrackingSensor "rotation rate", false put 0 into giro cancel alarmID -- hide the button ErrorCheck -- hide the button ConexionCheck -- show button "ModoVolver" hide image ledrojo hide image ledamarillo show image ledverde end mouseUp

B.8 Código LiveCode botón “retroceso”

global velocidad on mouseUp put 2 into velocidad show button avance show button paro hide button retroceso end mouseUp

B.9 Código LiveCode botón “paro”

global velocidad on mouseUp put 0 into velocidad show button avance hide button paro show button retroceso end mouseUp

B.10 Código LiveCode botón “avance”

global velocidad on mouseUp put 1 into velocidad hide button avance

show button paro show button retroceso end mouseUp


on mouseUp go to card "inicio" end mouseUp

B.12 Código LiveCode carta “conducción”

global laURL global alarmID global traccion global pitch global roll global previousTime global pitchRate global rollRate global acelerador global emergency global giro global velocidad on preOpenCard -- mobileStartTrackingSensor "rotation rate", false put "http://192.168.1.2:80" into laURL put laURL into field LabelField put 0 into roll put 0 into pitchRate put 0 into rollRate put 0 into pitch end preOpenCard on URLDescargada pURL, pURLStatus cancel alarmID -- rotationRateChanged if traccion = 1 or giro = 1 then if pURLStatus is "downloaded" then //Si se ha descargado la URL la ponemos en los campos put the word 1 of URL pURL into field SentidoField put the word 2 of URL pURL & "%" into field AceleradorField put the word 3 of URL pURL into field DireccionField

put URL pURL into field NewField unload URL pURL //Borramos la URL para poder cargar una nueva hide image "ledrojo" show image "ledverde" hide image "ledamarillo" else show image "ledrojo" hide image "ledverde" hide image "ledamarillo" -- show button ErrorCheck -- hide button ConexionCheck end if send "alarm" to card "conexion" in 200 millisecs put the result into alarmID updateRotation if emergency = 1 then put 1024 into roll put 1024 into pitch end if put "http://192.168.1.2:80/?" & velocidad & "," & roll & "," & pitch into pURL put pURL into field Z1Field load URL pURL with message "URLDescargada" end if end URLDescargada /* Evento para el led de conexión */ /* Si han transcurrido 40mS desde que se inició la conexión y no se ha descargado la URL entonces se enciende el led amarillo */ on alarm hide image "ledverde" show image "ledamarillo" hide image "ledrojo" -- show button ConexionCheck -- hide button ErrorCheck -- set the hilite of button ErrorCheck to false -- set the hilite of button ConexionCheck to true end alarm on updateRotation put the milliseconds into nowTime -- Integrar los datos del giróscopo if giro = 1 then add pitchRate * (nowTime - previousTime) to pitch end if if traccion = 1 then add rollRate * (nowTime - previousTime) to roll

end if put nowTime into previousTime /* Valores máximos */ /* Roll es el avance del coche, va de 0 a 2046 */ if roll < 0 then put 0 into roll end if if roll > 2046 then put 2046 into roll end if if pitch < 0 then put 0 into pitch end if if pitch > 1023 then put 1023 into pitch end if end updateRotation on rotationRateChanged x, y, z if giro = 1 then put x into pitchRate end if if traccion = 1 then put y into rollRate end if put pitch into field XField put roll into field YField put y into field ZField updateRotation end rotationRateChanged

ANEXO C

Hojas de datos

IFZ44N

IRF9540

CNX82

LM298

DISPLAY 7 SEGMENTOS

HCF4511

74LS48

70HFR120

IRFZ44NHEXFET® Power MOSFET

01/03/01

Parameter Typ. Max. UnitsRθJC Junction-to-Case ––– 1.5RθCS Case-to-Sink, Flat, Greased Surface 0.50 ––– °C/WRθJA Junction-to-Ambient ––– 62

Thermal Resistance

www.irf.com 1

VDSS = 55V

RDS(on) = 17.5mΩ

ID = 49AS

D

G

TO-220AB

Advanced HEXFET® Power MOSFETs from InternationalRectifier utilize advanced processing techniques to achieveextremely low on-resistance per silicon area. This benefit,combined with the fast switching speed and ruggedizeddevice design that HEXFET power MOSFETs are wellknown for, provides the designer with an extremely efficientand reliable device for use in a wide variety of applications.

The TO-220 package is universally preferred for allcommercial-industrial applications at power dissipationlevels to approximately 50 watts. The low thermalresistance and low package cost of the TO-220 contributeto its wide acceptance throughout the industry.

! Advanced Process Technology! Ultra Low On-Resistance! Dynamic dv/dt Rating! 175°C Operating Temperature! Fast Switching! Fully Avalanche Rated

Description

PD - 94053

Absolute Maximum RatingsParameter Max. Units

ID @ TC = 25°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 49ID @ TC = 100°C Continuous Drain Current, VGS @ 10V 35 AIDM Pulsed Drain Current " 160PD @TC = 25°C Power Dissipation 94 W

Linear Derating Factor 0.63 W/°CVGS Gate-to-Source Voltage ± 20 VIAR Avalanche Current" 25 AEAR Repetitive Avalanche Energy" 9.4 mJdv/dt Peak Diode Recovery dv/dt # 5.0 V/nsTJ Operating Junction and -55 to + 175TSTG Storage Temperature Range

Soldering Temperature, for 10 seconds 300 (1.6mm from case )°C

Mounting torque, 6-32 or M3 srew 10 lbf•in (1.1N•m)

Document Number: 91078 www.vishay.comS11-0512-Rev. B, 21-Mar-11 1

This datasheet is subject to change without notice.THE PRODUCT DESCRIBED HEREIN AND THIS DATASHEET ARE SUBJECT TO SPECIFIC DISCLAIMERS, SET FORTH AT www.vishay.com/doc?91000

Power MOSFET

IRF9540, SiHF9540Vishay Siliconix

FEATURES• Dynamic dV/dt Rating

• Repetitive Avalanche Rated

• P-Channel

• 175 °C Operating Temperature

• Fast Switching

• Ease of Paralleling

• Simple Drive Requirements

• Compliant to RoHS Directive 2002/95/EC

DESCRIPTIONThird generation Power MOSFETs from Vishay provide thedesigner with the best combination of fast switching,ruggedized device design, low on-resistance andcost-effectiveness. The TO-220AB package is universally preferred for allcommercial-industrial applications at power dissipationlevels to approximately 50 W. The low thermal resistanceand low package cost of the TO-220AB contribute to itswide acceptance throughout the industry.

Notesa. Repetitive rating; pulse width limited by maximum junction temperature (see fig. 11).b. VDD = - 25 V, starting TJ = 25 °C, L = 2.7 mH, Rg = 25 :, IAS = - 19 A (see fig. 12).c. ISD d - 19 A, dI/dt d 200 A/µs, VDD d VDS, TJ d 175 °C.d. 1.6 mm from case.

PRODUCT SUMMARYVDS (V) - 100

RDS(on) (:) VGS = - 10 V 0.20

Qg (Max.) (nC) 61

Qgs (nC) 14

Qgd (nC) 29

Configuration Single

S

G

D

P-Channel MOSFET

TO-220AB

GDS

Available

RoHS*COMPLIANT

ORDERING INFORMATIONPackage TO-220AB

Lead (Pb)-freeIRF9540PbFSiHF9540-E3

SnPbIRF9540SiHF9540

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (TC = 25 °C, unless otherwise noted)PARAMETER SYMBOL LIMIT UNITDrain-Source Voltage VDS - 100

V Gate-Source Voltage VGS ± 20

Continuous Drain Current VGS at - 10 VTC = 25 °C

ID- 19

ATC = 100 °C - 13Pulsed Drain Currenta IDM - 72Linear Derating Factor 1.0 W/°C Single Pulse Avalanche Energyb EAS 640 mJ Repetitive Avalanche Currenta IAR - 19 A Repetitive Avalanche Energya EAR 15 mJ Maximum Power Dissipation TC = 25 °C PD 150 W Peak Diode Recovery dV/dtc dV/dt - 5.5 V/ns Operating Junction and Storage Temperature Range TJ, Tstg - 55 to + 175

°C Soldering Recommendations (Peak Temperature) for 10 s 300d

Mounting Torque 6-32 or M3 screw10 lbf · in1.1 N · m

* Pb containing terminations are not RoHS compliant, exemptions may apply

6

1

FEATURES• Input/Output pin distance 10.16 mm• UL recognized (File # E90700)

DESCRIPTIONThe CNX82A.W, CNX83A.W, SL5582.W AND SL5583.W,consist of a gallium arsenide infrared emitting diode driving asilicon phototransistor in a 6-pin dual in-line package.

2

1

3 NC

5

6NC

SCHEMATIC

PIN 1. ANODE 2. CATHODE 3. NO CONNECTION 4. EMITTER 5. COLLECTOR 6. NO CONNECTION

CNX82A.WSL5582.W

PIN 1. ANODE 2. CATHODE 3. NO CONNECTION 4. EMITTER 5. COLLECTOR 6. BASE

CNX83A.WSL5583.W

4

2

1

3 NC

5

6

4

6-PIN PHOTOTRANSISTOROPTOCOUPLERS

CNX82A.W, CNX83A.W, SL5582.W & SL5583.W

APPLICATIONS • Power supply regulators• Digital logic inputs• Microprocessor inputs

PACKAGE DIMENSIONS

SEAT

ING

PLA

NE

0.016 (0.40)0.008 (0.20)

0.070 (1.78)0.045 (1.14)

0.350 (8.89)0.330 (8.38)

0.154 (3.90)0.100 (2.54)

0.200 (5.08)0.115 (2.92)

0.004 (0.10)MIN

0.270 (6.86)0.240 (6.10)

0.400 (10.16)TYP

0° to 15°0.022 (0.56)0.016 (0.41)

0.100 (2.54) TYP

NOTEAll dimensions are in inches (millimeters)

4/13/00 200024D

Parameter Symbol Value UnitsTOTAL DEVICE

TSTG -55 to +150 °CStorage TemperatureOperating Temperature TOPR -55 to +100 °CLead Solder Temperature TSOL 260 for 10 sec °CJunction Temperature TJ 125 °CTotal Device Power Dissipation @ TA = 25°C PD 250 mW

EMITTERIF 100 mADC/Average Forward Input Current

Reverse Input Voltage VR 5.0 VForward Current - Peak (1µs pulse, 300pps) IF(pk) 3.0 ALED Power Dissipation @ TA = 25°C

PD140 mW

Derate above 25°C 1.33 mW/°CDETECTOR

VCEO 50 VCollector-Emitter VoltageCollector-Base Voltage (CNX83A) VCBO 70 VEmitter-Collector Voltage VECO 7 VContinuous Collector Current IC 100 mADetector Power Dissipation @ TA = 25°C

PD150 mW

Derate above 25°C 2.0 mW/°C

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS

L298

Jenuary 2000

DUAL FULL-BRIDGE DRIVER

Multiwatt15

ORDERING NUMBERS : L298N (Mult iwatt Vert. )L298HN (Mult iwatt Horiz.)L298P (PowerSO20)

BLOCK DIAGRAM

.OPERATING SUPPLY VOLTAGE UP TO 46 V. TOTAL DC CURRENT UP TO 4 A. LOW SATURATION VOLTAGE.OVERTEMPERATURE PROTECTION. LOGICAL ”0” INPUT VOLTAGE UP TO 1.5 V(HIGH NOISE IMMUNITY)

DESCRIPTIONThe L298 is an integrated monolithic circuit in a 15-lead Multiwatt and PowerSO20 packages. It is ahigh voltage, high current dual full-bridge driver de-signedto acceptstandardTTL logic levels anddriveinductive loads such as relays, solenoids, DC andsteppingmotors. Two enableinputs are provided toenableor disable the deviceindependentlyof thein-put signals. The emitters of the lower transistors ofeach bridge are connected togetherand the corre-spondingexternal terminal can be used for the con-

nectionofanexternalsensingresistor.Anadditionalsupply input is provided so that the logic works at alower voltage.

PowerSO20

1/13

TDSR1350, TDSR1360www.vishay.com Vishay Semiconductors

Rev. 1.3, 17-Apr-13 1 Document Number: 85180

For technical questions, contact: [email protected] DOCUMENT IS SUBJECT TO CHANGE WITHOUT NOTICE. THE PRODUCTS DESCRIBED HEREIN AND THIS DOCUMENT

ARE SUBJECT TO SPECIFIC DISCLAIMERS, SET FORTH AT www.vishay.com/doc?91000

High Intensity Red Low Current 7-Segment Display

DESCRIPTIONThis series defines a new standard for low current displays. It is a single digit 7-segment LED display utilizing AllnGaP technology in color red.

The supreme light intensity allows applications under direct sunlight or “black front” designs by using tinted filter glass in front of the display.

Typical 1500 µcd at 1 mA is best in class performance for applications with very limited power supply. The maximum forward current of 10 mA is allowed for an ambient temperature range of - 40 °C to + 85 °C without current derating.

Crosstalk between segments is possible at drive currents above 5 mA per segment. Therefore it is recommend to apply more than 5 mA only under direct sunlight or with tinted filter glass.

FEATURES• 1500 µcd typical at 1 mA

• Very low power consumption

• Wide viewing angle

• Grey package surface

• Light intensity categorized at IF = 1 mA

• Material categorization: For definitions of compliance please see www.vishay.com/doc?99912

APPLICATIONS• Battery driven instruments

• Telecom devices

• Home appliances

• Instrumentation

• POS terminals

PRODUCT GROUP AND PACKAGE DATA• Product group: Display

• Package: 13 mm

• Product series: Low current

• Angle of half intensity: ± 50°

19237

PARTS TABLE

PART COLORLUMINOUS INTENSITY

(µcd)atIF

(mA)

WAVELENGTH(nm)

atIF

(mA)

FORWARD VOLTAGE(V)

atIF

(mA)CIRCUITRY

MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX. MIN. TYP. MAX.TDSR1350 Red 280 - 3600 1 - 640 - 1 - 1.8 2.4 1 Common anode

TDSR1360 Red 280 - 3600 1 - 640 - 1 - 1.8 2.4 1 Common cathode

TDSR1360-IK Red 1100 - 3600 1 - 640 - 1 - 1.8 2.4 1 Common cathode

ABSOLUTE MAXIMUM RATINGS (Tamb = 25 °C, unless otherwise specified)�TDSR1350, TDSR1360, TDSR1360-IKPARAMETER TEST CONDITION SYMBOL VALUE UNITReverse voltage per segment VR 5 V

DC forward current per segment IF 10 mA

Peak forward current per segment tp d 10 µs, duty cycle 1/10 IFM 50 mA

Power dissipation Tamb d 85 °C PV 185 mW

Junction temperature Tj 105 °C

Operating temperature range Tamb - 40 to + 85 °C

Storage temperature range Tstg - 40 to + 85 °C

Soldering temperature t d 3 s, 2 mm below seating plane Tsd 260 °C

Thermal resistance LED junction/ambient RthJA 100 K/W

1/13October 2002

■ HIGH OUTPUT SOURCING CAPABILITY (up to 25mA).

■ INPUT LATCHES FOR BCD CODE STORAGE

■ LAMP TEST AND BLANKING CAPABILITY.■ 7-SEGMENT OUTPUTS BLANKED FOR BCD

INPUT CODES > 1001■ QUIESCENT CURRENT SPECIF. UP TO 20V■ STANDARDIZED SYMMETRICAL OUTPUT

CHARACTERISTICS■ 5V, 10V, AND 15V PARAMETRIC RATINGS■ INPUT LEAKAGE CURRENT

II = 100nA (MAX) AT VDD = 18V TA = 25°C■ 100% TESTED FOR QUIESCENT CURRENT ■ MEETS ALL REQUIREMENTS OF JEDEC

JESD13B "STANDARD SPECIFICATIONS FOR DESCRIPTION OF B SERIES CMOS DEVICES"

DESCRIPTIONHCF4511B is a monolithic integrated circuitfabricated in Metal Oxide Semiconductortechnology available in DIP and SOP packages. HCF4511B is a BCD to 7 segment decoder drivermade up of CMOS logic and n-p-n bipolartransistor output devices on a single monolithicstructure. This device combines the low quiescent

power dissipation and high noise immunityfeatures of CMOS with n-p-n bipolar outputtransistor capable of sourcing up to 25mA. Thiscapability allows HCF4511B to drive LEDs andother displays directly.Lamp Test (LT), Blanking (BL), and Latch Enableor Strobe inputs are provided to test the display,shut off or intensity-modulate it, and store orstrobe a BCD code, respectively. Several differentsignals may be multiplexed and displayed whenexternal multiplexing circuitry is used.

HCF4511B

BCD TO SEVEN SEGMENT LATCH/DECODER/DRIVER

PIN CONNECTION

ORDER CODES PACKAGE TUBE T & R

DIP HCF4511BEYSOP HCF4511BM1 HCF4511M013TR

DIP SOP

TL/F/10172

DM

74LS48

BC

Dto

7-S

egm

entD

ecoder

January 1992

DM74LS48BCD to 7-Segment Decoder

General DescriptionThe ’LS48 translates four lines of BCD (8421) input datainto the 7-segment numeral code and provides seven corre-sponding outputs having pull-up resistors, as opposed tototem pole pull-ups. These outputs can serve as logic sig-nals, with a HIGH output corresponding to a lighted lampsegment, or can provide a 1.3 mA base current to npn lamp

driver transistors. Auxiliary inputs provide lamp test, blank-ing and cascadable zero-suppression functions.

The ’LS48 decodes the input data in the pattern indicated inthe Truth Table and the segment identification illustration.

Connection Diagram

Dual-In-Line Package

TL/F/10172–1

Order Number DM74LS48M or DM74LS48N

See NS Package Number M16A or N16E

C1995 National Semiconductor Corporation RRD-B30M105/Printed in U. S. A.

Document Number: 93521 For technical questions, contact: [email protected] www.vishay.comRevision: 25-May-09 1

Standard Recovery Diodes(Stud Version), 70 A

70HF(R) SeriesVishay Semiconductors

FEATURES• High surge current capability• Designed for a wide range of applications• Stud cathode and stud anode version• Leaded version available• Types up to 1600 V VRRM

• Compliant to RoHS directive 2002/95/EC• Designed and qualified for industrial level

TYPICAL APPLICATIONS• Converters• Power supplies• Machine tool controls• Battery charges

ELECTRICAL SPECIFICATIONS

PRODUCT SUMMARYIF(AV) 70 A

DO-203AB (DO-5)

MAJOR RATINGS AND CHARACTERISTICS

PARAMETER TEST CONDITIONS70HF(R)

UNITS10 TO 120 140/160

IF(AV)70 70 A

TC 140 110 °C

IF(RMS) 110 A

IFSM50 Hz 1200

A60 Hz 1250

I2t50 Hz 7100

A2s60 Hz 6450

VRRM Range 100 to 1200 1400/1600 V

TJ - 65 to 180 - 65 to 150 °C

VOLTAGE RATINGS

TYPENUMBER

VOLTAGECODE

VRRM, MAXIMUM REPETITIVE PEAK

REVERSE VOLTAGEV

VRSM, MAXIMUM NON-REPETITIVE PEAK

REVERSE VOLTAGEV

VR(BR), MINIMUMAVALANCHE

VOLTAGEV

IRRM MAXIMUMAT TJ = TJ MAXIMUM

mA

70HF(R)

10 100 200 200

1520 200 300 300

40 400 500 500

60 600 720 725

980 800 960 950

100 1000 1200 1150

120 1200 1440 1350

140 1400 1650 15504.5

160 1600 1900 1750

ANEXO D

Glosario

A

Analógica: Se refiere a aquel tipo de electrónica en que las medidas pueden tomar cualquier valor infinitesimal, en lugar de utilizar lógica digital (todo o nada)

Ánodo: Parte del diodo que debe tener una tensión mayor para que éste se polarice y pueda conducir.

B

Bluetooth: Método de comunicación inalámbrica entre dos dispositivos mediante un enlace de radiofrecuancia de 2,4 GHz

Booleano: Lógica basada en dos únicos estados. Todo o Nada

Bootloader: Programa sencillo que tiene las funciones necesarias para que arranque el dispositivo.

Brushless: Tipo de motor eléctrico que en lugar de usar escobillas funciona mediante el cambio de polaridad en el rotor.

Bug: Es un error o fallo en un programa de computador o sistema de software que desencadena un resultado indeseado.

C

Cátodo: Parte del diodo que debe tener una tensión menor para que éste se polarice y pueda conducir.

Colector abierto o Open-collector: Es un tipo de solución que se encuentra en numerosos circuitos integrados. En lugar de aplicar directamente la tensión o corriente de salida, ésta se aplica a la base de un transistor NPN cuyo colector es la salida del circuito. El emisor del transistor se conecta internamente a tierra.

D

Datasheet: Hoja de datos que proporciona el fabricante del componente para que el usuario sepa todos los datos relativos al componente.

Devanado: Es el conjunto de espiras destinado a producir el flujo magnético, al ser recorrido por la corriente eléctrica.

Diodo: Un diodo es un componente electrónico de dos terminales que permite la circulación de la corriente eléctrica a través de él en un solo sentido.

Display: Es un dispositivo que poseen ciertos aparatos electrónicos que permite mostrar información al usuario de manera visual.

E

Estator: El estátor es la parte fija de una máquina rotativa y uno de los dos elementos fundamentales para la transmisión de potencia

Ethernet: Es un estándar de redes de área local para computadores.

F

Fritzing: Es un programa de automatización de diseño electrónico libre que busca ayudar a diseñadores y artistas para que puedan pasar de prototipos (usando, por ejemplo, placas de pruebas) a productos finales.

Fuerza electromotriz: Es toda causa capaz de mantener una diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito abierto o de producir una corriente eléctrica en un circuito cerrado. Es una característica de cada generador eléctrico.

G

Gate-driver: Chip que se utiliza para un correcto funcionamiento de las puertas (gates) de los MOSFETs

Giróscopo: Es un dispositivo que sirve para medir cambios en un aparato.

H

Hardware: Se refiere a todas las partes tangibles de un sistema informático; sus componentes son: eléctricos, electrónicos, electromecánicos y mecánicos.

Híbrido: Es aquel vehículo que utiliza una mezcla de tecnologías para su propulsión (motor de combustión interna y motor eléctrico)

I

Inductancia: Es una medida de la oposición a un cambio de corriente de un inductor o bobina que almacena energía en presencia de un campo magnético

Insoladora: Aparato que se utiliza para poder “grabar” el fotolito sobre la placa de cobre fotosensible.

iOS: Sistema operativo que desarrolló Apple para sus dispositivos móviles.

L

LED: Light Emitter Diode. Acrónimo ingles de diodo emisor de luz.

Loop: Se llama loop al bucle “infito” del programa principal de Arduino

M

Mac OS X: Sistema operativo que desarrolló Apple para sus ordenadores.

Microcontrolador: es un circuito integrado programable, capaz de ejecutar las órdenes grabadas en su memoria. Está compuesto de varios bloques funcionales, los cuales cumplen una tarea específica. Un microcontrolador incluye en su interior las tres principales unidades funcionales de una computadora: unidad central de procesamiento, memoria y periféricos de entrada/salida.

MOSFET: Transistor de Efecto Campo Metal-Óxido Semiconductor. es un transistor utilizado para amplificar o conmutar señales electrónicas.

Multímetro: Dispositivo electrónico que sirve para medir tensiones, corrientes, resistencias, diodos, condensadores, …

O

Optoacoplador: también llamado optoaislador o aislador acoplado ópticamente, es un dispositivo de emisión y recepción que funciona como un interruptor activado mediante la luz emitida por un diodo LED que satura un componente optoelectrónico, normalmente en forma de fototransistor o fototriac.

P

PCB: Printed Circuit Board. Placa de circuito impreso. Es la placa donde se implementa físicamente el diseño electrónico.

Potenciómetro: Resistencia variable.

Protoboard: Placa de pruebas para pruebas electronicas.

PWM: Pulse Width Modulation. Modulación por Ancho de Pulsos. Es un método para conseguir de una forma aproximada, señales analógicas a partir de pulsos booleanos digitales.

T

Transistor: es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador.

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PFC Jorge De León Rivas