UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE …€¦ · La comunicación I2C: Esto nos permite tener un reloj en tiempo real con capacidad para contar segundos, minutos, horas,

UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE CIENCIAS TÉCNICAS

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA ____________________________________________________________________

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CAPITULO III: 3.1 Diagrama de flujo del proceso:

Figura 3. Diagrama de flujo del proceso

Observación:

Para la temperatura utilizamos la niquelina, en cambio para la humedad utilizamos el

calefactor con el cual generamos vapor de agua.



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3.2 Descripción del proceso:

Una vez que tengamos todo armado nosotros podremos configurar la temperatura y

la humedad que nosotros deseamos en el interior del prototipo mediante la PC el

control lo podremos hacer automáticamente o manualmente.

El modulo de control tiene tres partes diferenciadas:

1. Adquisición de datos del sensor

2. Visualización de los datos en el LCD; y

3. la activación / desactivación de los actuadores

Inicialización:

Lo primero que hace el microcontrolador al volver del reset es configurar sus

entradas / salidas, inicializar el LCD, inicializar el bus I2C, inicializar el sensor

SHT15 e inicializar el puerto RS232.

Una vez inicializado el microcontrolador se entra en un bucle infinito que

monitorea continuamente el cual adquiere los datos de humedad y temperatura del

prototipo y actúa en consecuencia para mantenerlo dentro de los niveles de

temperatura y humedad óptimos.

Adquisición: El SHT15 suministra datos de temperatura y humedad de una vez por

segundo.

Actuación: Los valores de temperatura va variando de acuerdo a la edad de los

pollos. Como se observa en la tabla1.

La humedad va estar dentro de estos rangos 50-70%.

Una vez que tenemos la lectura de temperatura y humedad empieza a funcionar de

la siguiente manera:



23

Para la temperatura:

• Si la temperatura es igual a la temperatura configurada no se activan ni la

niquelina ni el ventilador.

• Si la temperatura es mayor a la temperatura configurada se enciende

automáticamente los ventiladores de temperatura hasta llevarlo a los

valores óptimos de temperatura configurados.

• Si la temperatura es menor a la configurada se enciende automáticamente

la niquelina, hasta acercarse lo máximo posible a los valores óptimos

configurados, los ventiladores de temperatura arrancan con 10% de su

velocidad para que el aire caliente circule por todo el prototipo y cuando la

temperatura llegue a la requerida los ventiladores van estar funcionando al

100% de su velocidad.

Para la humedad:

• Si la humedad esta dentro de la humedad configurada no se activan ni el

calefactor ni el ventilador.

• Si la humedad es mayor a la configurada se enciende automáticamente los

ventiladores de humedad hasta acercarse lo máximo posible a los valores

óptimos configurados.

• Si la temperatura es menor a la configurada se enciende automáticamente

la niquelina hasta acercarse lo máximo posible al valor óptimos

configurado, los ventiladores de humedad arrancan con 10% de su

velocidad para que la humedad circule por todo el prototipo y cuando la

humedad llegue a la requerida los ventiladores van estar funcionando al

60% de su velocidad.

La comunicación I2C: Esto nos permite tener un reloj en tiempo real con capacidad

para contar segundos, minutos, horas, días, meses, días de la semana, y años.



24

Necesita una batería (pila) de 3 voltios para mantener el reloj funcionando cuando se

quita la alimentación.

Puerto serial: Para la comunicación se lo hace mediante el puerto serial con el

cual vamos a visualizar las variables de temperatura y humedad.

Estas variables las vamos a poder controlar mediante la PC ya sea de forma

automática o manual de acuerdo al requerido.



25

3.3 Descripción General

Figura 4. Diagrama general

EL SISTEMA DE AUTOMATIZACIÓN Y MONITOREO DE UNA PLANTA

AVÍCOLA, esta conformado por dos módulos independientes los cuales son:

Modulo de estación remota y modulo de estación de control, que interactúan entre si

para lograr el objetivo de implementar un sistema automático de control de

temperatura y humedad optima que se debe conservar dentro del galpón.

Cada uno de los módulos están conformados por subsistemas que deben cumplir

ciertas características mínimas para lograr la funcionalidad del conjunto.



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El modulo estación de control cuenta con todo el hardware como son: el

microcontrolador, el sensor, etc y en el modulo de la estación remota reside en un

PC. El software Visual Basic 6.0 para realizar la programación manual o automática

y los horarios de temperatura y humedad que debe tener el galpón cada semana.

Para que estos módulos puedan interactuar y comunicarse se lo hace mediante el

puerto RS232, el cual permite el intercambio de datos.

La estación remota esta conformada por 4 salidas digitales que controlan el

encendido o apagado de los ventiladores para la temperatura, ventiladores para la

humedad humedad, el calefactor para la humedad y la niquelina para le temperatura

y otra entrada digital que recibe los datos generados por el sensor SHT15 que

supervisa la temperatura y humedad del galpón.

La función de supervisión y control se realiza en la estación remota mediante una

interfaz RS232 que permite:

• Controlar el encendido o apagado de forma manual o automática los

ventiladores tanto para temperatura como para la humedad, el calefactor

y la niquelina ya sea mediante la programación de horarios que debe tener

el galpón según sea la semana o en cualquier momento a criterio del

administrador.

La estación remota, esta diseñada utilizando el programa Visual Basic 6.0 la cual se

encarga de recibir datos y enviarlos mediante la interfaz RS232 al microcontrolador

ATMEGA 88 donde se procesa la información.

El modulo estación de control se implementó con un microcontrolador ATMEGA

88, en el cual se programaron rutinas para la inicialización de variables y periféricos,

lectura de datos de entrada, control de encendido y apagado de los ventiladores , el

calefactor y la niquelina, verificación de niveles de temperatura y humedad. A partir

de estos datos se define la toma de acciones de control y su envío a la estación

remota.



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La verificación de los niveles óptimos de temperatura y humedad se compara con el

valor obtenido del sensor; si este valor se encuentra por debajo de los rangos

establecidos el modulo de control iniciara el encendido de los ventiladores, el

calefactor o la niquelina, según sea el caso, de forma automática este reportara a la

estación remota su estado, enviando datos que contienen la medida del sensor

SHT15.

3.3.1 Modulo Estación de control:

Figura 5. Diagrama general del hardware

Como se muestra en la figura, este modulo se divide varios bloques, cada uno con

una tarea especifica que unidas permiten lograr la autonomía y funcionalidad del

sistema.

A continuación se explica cada uno de los bloques que conforman el modulo de

control.



28

3.3.1.1 DESCRIPCIÓN Y MONTAJE DE LOS ELEMENTOS UTILIZADOS

EN EL MODULO ESATACION DE CONTROL:

3.3.1.2 Instrucciones de montaje

El circuito completo puede considerarse que está formado por diez subsistemas o

módulos más simples que pueden ser ensamblados y probados independientemente.

De esta forma podemos organizar el montaje en una serie de pasos que nos permitan

garantizar que el proceso de ensamblado del circuito completo se realiza

correctamente, detectando los errores que pudieran cometerse mediante pruebas

intermedias. Los diferentes pasos a seguir se relacionan a continuación:

3.3.1.2.1 Microcontrolador ATMEGA 88

3.3.1.2.2 Circuito del LCD

3.3.1.2.3 Circuito para el manejo de la temperatura y la humedad

mediante los reles de estado sólido

3.3.1.2.4 Regulador de tensión

3.3.1.2.5 Circuito para el accionamiento de los ventiladores de

humedad y ventiladores de temperatura mediante

transistor como interruptor

3.3.1.2.6 Circuito de tiempo real

3.3.1.2.7 Sensor SHT15

3.3.1.2.8 Circuito para obtener una señal DC pura

3.3.1.2.1 Microcontrolador ATMEGA 88

Los microcontroladores se han ido introduciendo en nuestro medio por el avance

tecnológico que el país ha alcanzado en los últimos años.



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Los microcontroladores son dispositivos integrados en un solo chip de entradas

salidas las cuales pueden ser programadas según la necesidad.

3.3.1.2.1.1 La arquitectura de un microcontrolador normalmente es la siguiente:

• unidad central de proceso

• memoria RAM de datos volátil

• memoria EEPROM de datos no volátil

• memoria FLASH de programa

• entradas / salidas

• puerto serial

• conversores analógico digital

• conversores digital analógico

• temporizadores

• PWM (modulación de ancho de pulso)

• RTC reloj en tiempo real

• SPI

• I2C

• USB

• Y OTROS MANEJADORES DE PERIFERICOS

Existen dos tipos de tecnologías: RISC y CISC.

RISC: reducción de instrucciones

CISC: instrucciones complejas

La tecnología RISC se basa en la arquitectura Harvard, la cual el dato mas la

instrucción ingresan en forma paralela al bus de datos. Utilizada en los computadores

MAC.

La tecnología CISC se basa en la arquitectura Von Neumann, la cual envía el dato

luego la instrucción e ingresan al bus de datos en forma serial. Utilizados en los

computadores PC. Con lo cual se saca una conclusión importante, que los



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microcontroladores con arquitectura Harvard serán los más utilizados de hoy en

adelante por ser más rápidos en procesar la información.

AT89S51 PIC16F877 ATMEGA16

I/O (Entrada/Salida) 32 33 32

FLASH 4K 8K 16K

RAM 128

BYTE

368BYTE 1KBYTE

EEPROM ND 256BYTE 512BYTE

PWM ND 2 4

ADC (conversor analógico

digital)

ND 8 10BITS 8 10BITS

TIMER 8 BITS

PRESCALER

ND 2

PRESCALER

2

PRESCALER

TIMER 16 BITS

PRESCALER

2 1

PRESCALER

1

PRESCALER

IN CIRCUIT SI SI SI

UART 1 1 1

SPI ND 1 1

I2C ND 1 1

CM (Ciclo de maquina) F/12 F/4 F

1K$ 1 4 3

ND: .no dispone

F: frecuencia

RAM: memoria de escritura y lectura

Tabla 3. Característica de algunos microcontroladores utilizados en nuestro

medio.

Y podríamos innumerar más características para poder decidir el uso del

microcontrolador que se adecue a nuestro proyecto.



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3.3.1.2.1.2. ATMEGA 88

El microcontrolador de 8 bits AVR de tecnología RISC de Atmel es un

microcontrolador muy popular. Este microcontrolador es un chip con EPROM, Ram,

un conversor Analógico-Digital, unas cuantas entradas y salidas digitales, timers,

para comunicación RS 232 y muchas otras cosas.

En el Atmega88 no es necesario un cristal. Ya que actualmente el tiene incorporado

un oscilador. Se puede usar este oscilador cuando no se necesite un alta precisión de

reloj.

El microcontrolador Atmega88 de Atmel presenta muchos circuitos digitales y

análogos de entrada / salida. Es el dispositivo ideal para desarrollar cualquier clase

de equipo de medición.

3.3.1.2.1.3. Descripción del microcontrolador:

Parámetros importantes:

• 88-Kbyte Memoria de Programa

• 1-Kbyte SRAM

• 512 Bytes EEPROM no volátil

• 6 canales A/D (analógico / digital) de 10 bits

• Funcionamiento con voltaje de 2.7V (voltaje) hasta 5.5V

• Velocidad del reloj hasta 20Mhz (Mega hertz)

• Todas las instrucciones del ciclo de reloj (hasta 20MIPS)

• Cuatro PWM

• Puertos de la comunicación SPI, I2C y RS232



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3.3.1.2.1.4. Configuración de pines:

Figura 6. Configuración de pines del ATMEGA88

PB0/ICP14

PB1/OC1A15

PB2/SS/OC1B16

PB3/MOSI/OC217

PB4/MISO18

PB5/SCK19

PC0/ADC023

PC1/ADC124

PC2/ADC225

PC3/ADC326

PC4/ADC4/SDA27

PC5/ADC5/SCL28

PC6/RESET1

PB6/XTAL1/TOSC19

PB7/XTAL2/TOSC210

PD0/RXD2

PD1/TXD3

PD2/INT04

PD3/INT15

PD4/XCK/T06

PD5/T111

PD6/AIN012

PD7/AIN113

AVCC20

AREF21

U1

ATMEGA88

RESET

DATASCK

R11

470K

SCR1SCR2

RXDTXD

PD6PD5

PB1PB2

D7D6D5D4

ERS

Figura 7. Esquema del circuito de conexión del microcontrolador



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3.3.1.2.2 Circuito del LCD (Display de cristal liquido) de (16x2):

Estos dispositivos ya vienen con su pantalla y toda la lógica de control pre-

programada en la fabrica y lo mejor de todo es que el consumo de corriente es

mínimo y no se tendrán que organizar tablas especiales como se hacia anteriormente

con los displays de siete segmentos.

Cuando se adquiere un display LCD lo primero que se puede observar es su

apariencia externa. Éste se compone de una placa de circuito impreso rectangular, de

un tamaño similar al del “display”, sobre la que van soldados el LCD, el controlador

y el resto de componentes, formando todo un conjunto compacto.

Las aplicaciones de los módulos LCD son infinitas ya que podrán ser aplicados en la

informática, comunicaciones, telefonía, instrumentación, robótica, automóviles,

equipos industriales, etc. Todo queda a su imaginación la gran cantidad de

aplicaciones que tiene un modulo LCD.

Figura 8. Módulo LCD



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R110k

R2330R

D7

14

D6

13

D5

12

D4

11

D3

10

D2

9

D1

8

D0

7

E6

RW

5

RS

4

VS

S1

VD

D2

VE

E3

A15

K16

LCD1LCD

R

10R

D7

D6

D5

D4

E RS

Figura 9. Circuito del LCD(16x2)

En la tabla 4. se describe la conexión del puerto del microcontrolador a los pines del

LCD:

Puerto Pin LCD

PC5 RS

PC4 E

PC3 D4

PC2 D5

PC1 D6

PC0 D7

Tabla 4. conexión del puerto del microcontrolador a los pines del LCD

3.3.1.2.2.1. Pines de conexión:

Los pines de conexión de un modulo LCD han sido estandarizados por lo cual en la

mayoría de ellos son exactamente iguales siempre y cuando la línea de caracteres no

sobrepase los ochenta caracteres por línea. Por otro lado es de suma importancia



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localizar exactamente cual es el pin Numero 1 ya que en algunos módulos se

encuentra hacia la izquierda y en otros módulos se encuentra a la derecha.

Pin N-. Simbología Nivel I/O Función

1 VSS - - 0 Vlts. Tierra ( GND ).

2 VCC - - + 5 Vlts. DC.

3 Vee = Vc - - Ajuste del Contraste.

4 RS 0/1 I

0= Escribir en el modulo LCD.

1= Leer del modulo LCD

5 R/W 0/1 I

0= Entrada de una Instrucción.

1= Entrada de un dato.

6 E 1 I Habilitación del modulo LCD

7 DB0 0/1 I/O BUS DE DATO LINEA 1 ( LSB ).

8 DB1 0/1 I/O BUS DE DATO LINEA 2






14 DB7 0/1 I/O BUS DE DATO LINEA 8 (MSB).

15 A - - LED (+) Back Light

16 K - - LED (-) Back Light.

Tabla 5. Descripción de cada uno de los pines del LCD

Autor: Mauricio Alberto Orozco Salguero

[email protected]



36

3.3.1.2.2.2. Interpretación del significado de los Pines del Modulo LCD

El Pin numero 1 y 2 están destinados para conectarle los 5 Voltios que requiere el

modulo para su funcionamiento y el Pin numero 3 es utilizado para ajustar el

contraste de la pantalla; es decir colocar los caracteres mas oscuros o mas claros para

poderse observar mejor.

El Pin numero 4: denominado "RS" trabaja paralelamente al Bus de datos del

modulo LCD ( Bus de datos son los Pines del 7 al 14 ). Este bus es utilizado de dos

maneras, ya que usted podrá colocar un dato que representa una instrucción o podrá

colocar un dato que tan solo representa un símbolo o un carácter alfa numérico; pero

para que el modulo LCD pueda entender la diferencia entre un dato o una instrucción

se utiliza el Pin Numero 4 para tal fin.

Si el Pin numero 4 = 0 le dirá al modulo LCD que esta presente en el bus de datos

una instrucción, por el contrario, si el Pin numero 4 = 1 le dirá al modulo LCD que

esta presente un símbolo o un carácter alfa numérico.

El Pin numero 5: denominado "R/W" trabaja paralelamente al Bus de datos del

modulo LCD ( Bus de datos son los Pines del 7 al 14 ). También es utilizado de dos

maneras, ya que usted podrá decirle al modulo LCD que escriba en pantalla el dato

que esta presente en el Bus; por otro lado también podrá leer que dato esta presente

en el Bus.

Si el Pin numero 5 = 0 el modulo LCD escribe en pantalla el dato que esta presente el

Bus; pero si el Pin numero 5 = 1 significa que usted necesita leer el dato que esta

presente el bus del modulo LCD.

El Pin numero 6: denominado "E" que significa habilitación del modulo LCD tiene

una finalidad básica: conectar y desconectar el modulo. Esta desconexión no estará

referida al voltaje que le suministra la corriente al modulo; la desconexión significa

tan solo que se hará caso omiso a todo lo que este presente en el bus de datos de

dicho modulo LCD.



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En la mayoría de los circuitos electrónicos modernos que incluyan elementos

electrónicos como Microcontroladores, Memorias y Módulos LCD, utilizan el mismo

bus de datos. Esto es para no tener un bus de datos independientemente por cada

elemento electrónico, esto implicaría que los circuitos electrónicos sean mucho mas

grandes por la cantidad de conexiones necesaria a cada uno de los elementos.

Ahora como los Microcontroladores, memorias y módulos LCD utilizan el mismo

bus de datos, deberá existir en cada uno de ellos un Pin de habilitación "E" que

permita desconectar y conectar cuando sea necesario. Por ejemplo si usted necesita

trabajar con la memoria RAM para obtener o escribir cierta información, será

necesario que deshabilite el modulo LCD para que no presente basura en la pantalla,

o se ejecuten instrucciones no deseadas.

Los Pines desde el numero 7 hasta el numero 14 representan 8 líneas que se

utilizan para colocar el dato que representa una instrucción para el modulo LCD o un

carácter alfa numérico. El Bus de datos es de 8 Bits de longitud y el Bit menos

significativo esta representado en el Pin numero 7, el Pin mas significativo esta

representado en el Pin numero 14

Los Pines 15 y 16: estarán destinados para suministrar la corriente al Back Light. Es

importante conocer que no todos los módulos LCD disponen del Back Light aunque

tenga los pines de conexión en el circuito impreso.

3.3.1.2.3 Circuito para el manejo de la temperatura y la humedad mediante los

reles de estado sólido:

Mediante el siguiente circuito vamos a dar la señal a los reles de estado sólido para

que estos manejen cargas que funcionen con 120V de la red eléctrica. Las cargas que

utilizamos son: 2 calefactores para la humedad de 500W y 1 niquelina para la

temperatura de 600W.



38

1 2

J7HUMEDAD

1 2

J9TEMPERATURA

D7

LED-RED

D8

LED-RED

SCR1

SCR2

Figura 10. Circuito para el manejo de la temperatura y la humedad

Puerto Salidas a los reles

PB7 SCR1 (rele de control de humedad)

PB6 SCR2 (rele de control de temperatura)

Tabla 6. Puertos y señales de salidas de los reles

La señal digital a SCR1 proveniente del puerto PB7 y la otra señal digital SCR2

proviene del puerto PB6 del microcontrolador. Estas señales es limitada en corriente

y aplicada al cátodo del LED. El microcontrolador envía una señal ON/OFF a los

reles de estado sólido y estos a su vez encienden las niquelinas.

Un relé es un sistema mediante el cuál se puede controlar una potencia mucho mayor

con un consumo en potencia muy reducido.



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Existen diferentes tipos de reles pero el que utilizamos es el relé de estado sólido.

3.3.1.2.3.1. Estructura de un relé

Figura 11. Estructura de un relé

Autor: Ciencias Místicas - http://www.cienciasmisticas.com.ar/ - El sitio de

electrónica, informática y tecnología

Circuito de entrada, control o excitación.

• Circuito de acoplamiento.

• Circuito de salida, carga o maniobra, constituido por:

- circuito excitador.

- dispositivo conmutador de frecuencia.

- protecciones.

3.3.1.2.3.2. Características generales

Las características generales de cualquier relé son:

• El aislamiento entre los terminales de entrada y de salida.

• Adaptación sencilla a la fuente de control.

• Posibilidad de soportar sobrecargas, tanto en el circuito de entrada como en el

de salida.

• Las dos posiciones de trabajo en los bornes de salida de un relé se

caracterizan por:

-En estado abierto, alta impedancia.

- En estado cerrado, baja impedancia.



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Para los relés de estado sólido se pueden añadir :

• Gran número de conmutaciones y larga vida útil.

• Conexión en el paso de tensión por cero, desconexión en el paso de

intensidad por cero.

• Ausencia de ruido mecánico de conmutación.

• Escasa potencia de mando, compatible con TTL y MOS.

• insensibilidad a las sacudidas y a los golpes.

• Cerrado a las influencias exteriores por un recubrimiento plástico.

3.3.1.2.3.3. Relés de estado sólido

Un relé de estado sólido SSR (Solid State Relay), es un circuito electrónico que

contiene en su interior un circuito disparado por nivel, acoplado a un interruptor

semiconductor, un transistor o un tiristor. Por SSR se entenderá un producto

construido y comprobado en una fábrica, no un dispositivo formado por

componentes independientes que se han montado sobre una placa de circuito

impreso.

Estructura del SSR:

• Circuito de Entrada o de Control:

Control por tensión continua: el circuito de entrada suele ser un LED

( Fotodiodo), solo o con una resistencia en serie, también podemos

encontrarlo con un diodo en antiparalelo para evitar la inversión de la

polaridad por accidente. Los niveles de entrada son compatibles con TTL,

CMOS, y otros valores normalizados ( 12V, 24V, etc.).

Control por tensión Alterna: El circuito de entrada suele ser como el anterior

incorporando un puente rectificador integrado y una fuente de corriente

continua para polarizar el diodo LED.



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• Acoplamiento.

El acoplamiento con el circuito se realiza por medio de un optoacoplador o

por medio de un transformador que se encuentra acoplado de forma

magnética con el circuito de disparo del Triac.

• Circuito de Conmutación o de salida.

El circuito de salida contiene los dispositivos semiconductores de potencia

con su correspondiente circuito excitador. Este circuito será diferente según

queramos conmutar CC, CA.

3.3.1.2.4 Regulador de tensión:

Toda la electrónica del prototipo precisa ser alimentada a 5 voltios. La línea de

reguladores ideales para este tipo de necesidades es la conocida como LM7805. La

tensión se observa en la siguiente tabla:

Número Tensión de salida

LM7805 5 Voltios

Tabla 7. Tensión de salida del LM7805

Cada uno de estos dispositivos posee sólo tres terminales, una corresponde a la

entrada de tensión no regulada, otra es la salida regulada y la restante es la masa

común a ambas.

Se conectará según el esquema adjunto. Comenzar el montaje con los bornes, luego

se montarán los condensadores C6 y C12 que se halla a la entrada del regulador,

estos capacitores filtran la tensión de posibles transitorios y picos indeseables, y los



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capacitores que se encuentran a la salida C5 y C7, disminuyen la tensión de rizado

de salida, a la vez que evita oscilaciones.

VI1

VO3

GN

D2

U47805

C6100n

C5100n

+5V

VCC+

C1210u

C710u

12

J6

12V

Figura 12. Esquema de conexión del regulador de tensión

En ningún caso deberemos conectar las líneas de alimentación del micro, ya que

primero deberá probarse el correcto funcionamiento del regulador. Para todas las

pruebas iniciales es recomendable utilizar una fuente que permita limitar la corriente

de salida. Se puede limitar la corriente máxima a 150 mA (mili amperio). (máximo

200 mA.). En caso de no disponer de una fuente de estas características se deberá

colocar un fusible de entre 150 y 200 mA en la entrada de alimentación, siendo

recomendable dejarlo de forma permanente, de este modo, en caso de producirse un

cortocircuito accidental el prototipo estará protegido siempre.

3.3.1.2.5 Circuito para el accionamiento de los ventiladores de humedad y

ventiladores de temperatura mediante transistor como interruptor:

La principal aplicación de transistor como interruptor es en los circuitos e integrados

lógicos, allí se mantienen trabajando los transistores entre corte ( es un interruptor

abierto) cuando:



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corriente de colector = corriente de emisor = 0, (Ic = Ie = 0)

o en saturación (interruptor cerrado) cuando:

corriente de colector = corriente de emisor = corriente máxima, (Ic = Ie = I máxima)

Mediante los transistores vamos a activar o desactivar a los ventiladores de humedad

o de temperatura según sea el caso. La señal que envía el microcontrolador es una

señal PWM (modulación de ancho de pulso) con lo cual vamos a controlar la

velocidad de los ventiladores.

Como la carga es inductiva al pasar el transistor de saturación a corte se presenta la

"patada inductiva" que al ser repetitiva quema el transistor se debe hacer una

protección con un diodo en una aplicación llamada diodo volante (D1, D2).

Q1TIP122

R3

10k

D11N4007

Q2TIP122

R4

10k

D21N4007

VC

C+

VC

C+

1

2

J3

VENT HUMEDAD

1

2

J4

VENT TEMPE

PB1 PB2

Figura 13. Circuito para el accionamiento de los ventiladores de humedad y

ventiladores de temperatura



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Puerto Función

PORTB1 (PWM1) Control del ventilador de temperatura

PORTB2 (PWM2) Control del ventilador de humedad

Tabla 8. Puertos y función el accionamiento de los ventiladores de humedad y

ventiladores de temperatura

3.3.1.2.6 CIRCUITO EN TIEMPO REAL (RTC):

El RTC es el dispositivo usado en el modulo de control con el fin de dar la fecha y la

hora por medio del LCD.

Para el RTC se empleo el modelo DS1307 de Dallas Semiconductor:

3.3.1.2.6.1.CARACTERÍSTICAS DEL DS1307:

• Reloj en tiempo real con capacidad para contar segundos, minutos, horas,

días, meses, días de la semana, y años.

• Necesita un cristal de cuarzo de 32.768KHz para que el oscilador interno

genere la temporización adecuada.

• Necesita una batería (pila) de 3 voltios para mantener el reloj funcionando

cuando se quita la alimentación.

• Dispone de 56 bytes de memoria RAM interna no volátil (mantenida con la

batería).

• Configuración, lectura y escritura mediante conexión serie I2C

• Rango de temperatura: -40°C a +85°C



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Figura 14. Grafico de distribución de pines del DS1307

Autor: www.maxim-ic.com

3.3.1.2.6.2.DESCRIPCIÓN DE LOS PINES DEL DS1307:

• VCC (voltaje continuo) +5V

• X1, X2 - Conexión de cristal 32.768kHz

• VBAT - +3V Entrada de la Batería

• GND - Tierra

• SDA – Datos seriales

• SCL – señal de reloj

• SQW/OUT – Señal de salida Cuadrada

X1

CRYSTAL

D4LED-RED

R6330R

X11

X22

VBAT3

VDD8

SQW7

SCL6

VSS4

SDA5

U10

DS1307

R710k

R810k

R9

330R

R10

330R

21

BATT1BATT

PD6

PD5

Figura 15. Circuito en tiempo real



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La programación y lectura de datos del tiempo real, se encuentra implementada con

el protocolo I2C, a través de 2 puertos I/O del microcontrolador.

Los puertos y señales del tiempo real que permiten la implementación del protocolo

I2C se muestran a continuación:

Puerto Función

PORTD5 SCL (Entrada de señal de reloj)

PORTD6 SDA (Datos seriales de entrada / salida)

Tabla 9. Puertos y señales tiempo real

Las señales SDA y SCL transportan información entre los dispositivos.

Las señales SDA y SCL son bidireccionales, conectadas al positivo de la

alimentación a través de las resistencias de pull-up. Cuando el bus está libre, ambas

líneas están en nivel alto.

3.3.1.2.7. SENSOR SHT15:

El SHT15 con sensor de humedad digital y el sensor de temperatura es totalmente

calibrado y ofrece precisión alta y excelente estabilidad a bajo costo. La Tecnología

de CMOSens® digital integra dos sensores y circuitería en un solo chip.

3.3.1.2.7.1. DESCRIPCIÓN:

Es un sensor integrado de humedad calibrado en fábrica con salida digital mediante

un bus serie sìncrono y protocolo especifico. El dispositivo también dispone de un

sensor de Temperatura integrado para compensar la medida de humedad

dependiendo de la temperatura, en casos extremos. Cuenta también en su interior con

un calefactor para evitar condensación en el interior de la cápsula de medida para

condiciones de niebla o similar donde existe condensación.

Su tamaño diminuto y bajo el consumo de poder le hace la última opción para

incluso las aplicaciones más exigentes.



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3.3.1.2.7.2. CARACTERÍSTICAS:

• Rango de temperatura: -40 ºC a +123,8 ºC.

• Precisión de temperatura: +/- 0,5 ºC @ 25 ºC.

• Rango de humedad: 0 a 100% RH.

• Precisión de RH absoluto: +/- 3,5% RH.

• Consumo de baja potencia: Típicamente 30uW 8micro watio)

• Costo bajo

• Sensor de alta precisión y al costo bajo

3.3.1.2.7.3. APLICACIONES:

• Estaciones meteorológicas portátiles

• Transmisores

• Automatización y control de procesos

• Control de edificios y aire Condicionado

• Humidificadores y Deshumidificadores

• Medición

• Medicina

Tipo de

sensor

Precisión de

humedad

(%RH)

Precisión de

temperatura

( OC )

Paquete

SHT15 +/- 2.0

+/-0.4 @ 5-40 °C SMD (Dispositivo de

montaje superficial)

Tabla 10. Especificaciones del sensor

Fuente: www.sensirion.com



48

Parámetros Min. Máx. Unidades

Humedad

Rango 0 100 %RH

Temperatura

Rango -40 123.8 oC

Tabla 11.Parámetros del sensor


Figura 16. Diagrama de bloque del sensor SHT15


3.3.1.2.7.4. ESPECIFICACIONES DE INTERFASE:

Figura 17. Especificaciones de interfase del sensor SHT15




49

Este sensor se comunica con el microcontrolador o master a través de una línea de

datos y otra de reloj. Como limitación tiene el que no se le pueden pedir datos más de

tres veces por segundo para evitar que se caliente y falsee las mediciones.

3.3.1.2.7.5. PIN DE POLARIZACIÓN:

El SHT15 requiere un suministro de voltaje entre 2.4 y 5.5 Voltios. Después de

polarizar el dispositivo necesita 11ms para localizar su estado. Ningún orden debe

enviarse antes de ese tiempo.

3.3.1.2.7.6. Interfase de serie (Bidireccional):

La interfase de serie del SHT15 se perfecciona para el sensor, no es compatible con

las interfaces I2C.

3.3.1.2.7.7. ENTRADA SERIAL DE RELOJ (SCK):

El SCK sirve para sincronizar la comunicación entre un microcontrolador y el sensor.

Dado que la interfase consiste en lógica totalmente estática no hay ningún SCK

mínimo de frecuencia.

3.3.1.2.7.8. DATOS DE SERIE (DATOS):

El pin DATA corresponde a la salida/entrada de datos para comandar y leer el sensor

es un pin triestado por lo que necesita de una resistencia de polarización a Vcc (push-

up) sin esta resistencia la medida que realiza el sensor es errónea. SCK se utiliza para

sincronizar la transmisión y no dispone de frecuencia mínima.

3.3.1.2.7.9. TRANSMISIÓN START:

Para comunicarse con el SHT15 lo primero que hay que hacer es mandar una

secuencia de Inicio de Transmisión "Transmission Start". Esta consiste en poner a

cero lógico la línea de datos mientras SCK esta a uno, seguidamente se genera un

pulso bajo en SCK mientras la línea DATA sigue a cero y para finalizar se pone a 1

DATA mientras SCK esta a 1, seguidamente se baja a cero también SCK y finaliza la



50

secuencia dejando la línea de datos y Clock en los estados lógicos por defecto,

DATA en estado alto y SCK en estado bajo.

Figura 18. Inicio de transmisión del sensor SHT15


Lo siguiente será mandar un comando de los siguientes que acepta:

Comando Código binario

Reservado 0000x

Medida de Temperatura 00011

Medida de Humedad 00101

Leer el registro de estado interno 00111

Escribir el registro de estado interno 00110

Reservado 0101x-1110x

Generar un Reset al software interno,

reponiendo a los valores por defecto el

registro de estado. Hay que esperar

11mS al menos después de mandar este

comando.

11110

Tabla 12. Comandos y códigos binarios del sensor SHT15


El protocolo de transmisión de comandos esta basado en un byte completo o lo que

es lo mismo 8 bits, como los comandos son de 5 bits tan solo el resto de bits a la



51

izquierda siempre serán 0. Por lo que se mandaran primero los 3 ceros seguido del

comando para completar el byte.

El SHT15 indicará una recepción valida con un pulso de ACK en la línea de datos

que es bidireccional (no lo olvidemos) y lo hará en el siguiente pulso de CLK

después de haber completado los 8 bits del comando, por lo tanto acto seguido

después de enviar el comando hay que configurar como entrada el puerto del

microcontrolador conectado a DATA del SHT15 y generar una señal de CLOCK

para que el sensor nos mande su respuesta ACK y lo hará poniendo la línea a nivel

bajo ya que como se dijo mas arriba la línea de datos esta polarizada a VCC por lo

tanto siempre hay un 1 lógico en ella y lo que hace el SHT15 es forzar a 0 lógico con

su salida a colector abierto.

3.3.1.2.7.10. SECUENCIA DE MEDIDA:

Suponiendo que ya sabemos mandar un comando y por ejemplo hemos mandando

un comando "00000101" correspondiente a "Medida de Humedad", una vez recibido

el ACK desde el sensor hay que esperar a que este complete la adquisición y nos

entregue su medida, esto suele tardar unos 55mS para una resolución de salida de

12bits o bien, unos 11mS para una resolución de 8 bits. Como este tiempo de

adquisición no es muy exacto y puede variar dependiendo de la alimentación del

sensor, y por lo tanto de su oscilador interno. Para evitar esperas innecesarias el

sensor genera un pulso bajo en la línea de datos y así se sabe que lo siguiente ya

serán datos validos, esto se hace comprobando la línea de datos cada x tiempo hasta

que esta pase a nivel bajo. Si es nivel alto aun no a acabado y cuando recibamos un

nivel bajo será la indicación de adquisición completada y pasaremos a leer la medida

del sensor.

Ahora se generan 8 pulsos de reloj en la línea CLK y se guarda el estado de cada bit

que nos retornara el sensor. La trama que retorna el sensor se compone de 3 bytes, el

primero corresponde a MSB el segundo a LSB y el tercero es el CRC-8 Checksum

para comprobar que el dato a llegado correcto, pero lo podemos ignorar generando

NACK después de la llegada del segundo byte (LSB). Como puede observarse el



52

dato de la medida se compone de 2 bytes aunque como mucho el dato valido será de

12 bits de resolución, pero aunque configuremos el sensor para una resolución de 8

bits.. siempre leeremos 2 bytes ignorando el MSB en este caso.

Después de cada 8 bits recibidos el microcontrolador a de generar un ACK para que

el sensor sepa que ya a recibido los datos. Esto se hace generando un flanco de

subida en CLK mientras DATA esta a nivel bajo. Después de esto se continua con la

lectura de otro byte.

Para acabar la trama se genera desde el microcontrolador un NACK (NoACK) esto

es lo mismo que el ACK pero en vez de mantener la línea DATA a nivel bajo la

tendremos que poner a 1 generando mientras esto pasa un flanco de subida en CLK

igual que antes.

Figura 19. Secuencia de medida del sensor SHT15


El sensor admite unas dos adquisiciones o medidas por segundo por lo que no se

debe forzar la lectura con refrescos superiores a este, y ni que decir que una medida

de este tipo no necesita un refresco tan elevado.. lo normal seria una medida cada 5 o

10 segundos o mas incluso.



53

3.3.1.2.7.11. CONVERSIÓN DE LAS SALIDAS A VALORES FÍSICOS:

3.3.1.2.7.11.1. HUMEDAD RELATIVA

Para compensar la no linealidad del sensor de humedad y para obtener la exactitud de

la salida se recomienda utilizar la siguiente formula:

RHlinear = C1+C2*SORH+C3*SORH2

SORH C1 C2 C3

12 bit -4 0.0405 -2.8*10-6

Tabla 13. Coeficientes de conversión de humedad


El sensor de humedad no depende del voltaje.

Compensación depende de RH / Temperatura

Para temperaturas significativamente diferente de 25°C el coeficiente de temperatura

del sensor de RH debe ser considerado:

RHtrue = (T0C – 25)*(t1+t2*SORH)+RHlinear

SORH t1 t2

12 bit 0.01 0.00008

Tabla 14. Coeficientes de compensación de temperatura


Esto equivale a: ~0.12 %RH / °C @ 50 %RH



54

3.3.1.2.7.11.2. TEMPERATURA:

Para obtener la exactitud de la salida del sensor de temperatura se recomienda utilizar

la siguiente formula:

Temperatura = d1+d2*SOT

Tabla 15. Coeficientes de

conversión de temperatura.Fuente: www.sensirion.com

3.3.1.2.7.12. DESCRIPCIÓN DE PINES DEL SENSOR SHT15:

Figura 20. Descripción de pines del sensor SHT15


VDD d1(0C) d1(

0f)

5V -40.00 -40.00

SOT d2(0C) d2(

0f)

14bit 0.01 0.018



55

1

2

34

5

J5

SENSOR SHT15

DATASCK

R20470K

Figura 21. Circuito del SHT 15

Pin Nombre Color Comentario

1 GND Negro Tierra

2 DATA Rojo Datos serial, bidireccional

3 SCK Amarillo Entrada de señal de reloj

4 VDD Blanco Voltaje 5V

5 NC Rojo NC (no conexión)

Tabla 16. Descripción de cada uno de los pines del sensor SHT15


Puerto Función

PORTB4 DATA

PORTB5 SCK

Tabla 17. Puertos y señales del sensor SHT15



56

3.3.1.2.8 CIRCUITO PARA OBTENER UNA SEÑAL DC PURA:

Se pone condensadores de baja capacitancia en los circuitos integrados tanto en

positivo como en el negativo para obtener una DC pura.

C810u

C1310u

C15100n

C16100n

C18100n

C1910u

Figura 22. Circuito para obtener una señal DC pura



57

3.3.2 MODULO ESTACION REMOTA:

Figura 23. Diagrama en bloques del modulo Estación Remota

La estación remota es encargado de controlar el la humedad y la temperatura del

galpón.

En la estación remota reside el software de aplicación encargado en enviar y recibir

datos al modulo de control.

3.3.2.1 MODULO DE SOFTWARE:

El software de aplicación tenemos:

Interfaz de programación: Es la parte del software de aplicación que consta de una

interfaz simple y versátil que le permite al operador introducir datos de programación

de temperatura y humedad a distintas semanas, para posteriormente ser enviados al

modulo de control y de esta forma dar inicio a la ejecución de este.



58

3.3.3. COMUNICACIÓN SERIAL:

El puerto serial de las computadoras es conocido como puerto RS-232, la ventaja de

este puerto es que todas las computadoras traen al menos un puerto serial, este

permite la comunicaciones entre otros dispositivos tales como otra computadora, el

mouse, impresora y para nuestro caso con los microcontroladores. Existen dos

formas de intercambiar información binaria: la paralela y la serial.

La comunicación paralela transmite todos los bits de un dato de manera simultánea,

por lo tanto la velocidad de transferencia es rápida, sin embargo tiene la desventaja

de utilizar una gran cantidad de líneas, por lo tanto se vuelve mas costoso y tiene las

desventaja de atenuarse a grandes distancias, por la capacitancia entre conductores

así como sus parámetros distribuidos.

3.3.3.1. LA NORMA RS-232

La EIA (Electronics Industry Association) elaboro la norma RS-232, la cual define

la interfase mecánica, los pines, las señales y los protocolos que debe cumplir la

comunicación serial

Todas las normas RS-232 cumplen con los siguientes niveles:

- Un “1” lógico es un voltaje comprendido entre –5v y –15 v en el transmisor y

entre -3v y –25v en el receptor.

- Un “0” lógico es un voltaje comprendido entre +5v y +15 v en el trasmisor y

entre +3v y +25 v en el receptor.

El envío de niveles lógicos (bits) a través de cables o líneas de transmisión necesita

la conversión a voltajes apropiados. En los microcontroladores para representar un 0

lógico se trabaja con voltajes inferiores a 0.8v, y para un 1 lógico con voltajes

mayores a 2.0V. En general cuando se trabaja con familias TTL y CMOS se asume

que un “0” lógico es igual a cero Voltios y un “1” lógico es igual a cinco Voltios.



59

3.3.3.2. CONEXIÓN DE UN MICROCONTROLADOR AL PUERTO SERIAL

DEL PC.

Para conectar el PC a un microcontrolador por el puerto serial se utilizan las señales

Tx, Rx y GND. El PC utiliza la norma RS232, por lo que los niveles de tensión de

los pines están comprendidos entre +15 y -15 voltios. Los microcontroladores

normalmente trabajan con niveles TTL (0-5v). Es necesario por tanto intercalar un

circuito que adapte los niveles:

Figura 24. Conexión de un microcontrolador al puerto serial del PC.

3.3.3.3. CONECTOR DB9 DEL PC

En los PCs hay conectores DB9 macho, de 9 pines, por el que se conectan los

dispositivos al puerto serie. Los conectores hembra que se enchufan tienen una

colocación de pines diferente, de manera que se conectan el pin 1 del macho con el

pin 1 del hembra, el pin2 con el 2, etc...



60

Figura 25.Conectores DB9 hembra y macho

Número de pin Señal Pines que utilizamos

1 DCD (Data Carrier Detect) NO

2 RX (Recepción) SI

3 TX (Transmisión) SI

4 DTR (Data Terminal

Ready)

NO

5 GND (tierra) SI

6 DSR (Data Sheet Ready) NO

7 RTS (Request To Send) NO

8 CTS (Clear To Send) NO

9 RI (Ring Indicator) NO

Tabla 18. Información de cada uno de los pines del DB9

3.3.3.4. El Chip Max 232

Este chip permite adaptar los niveles RS232 y TTL, permitiendo conectar un PC

con un microcontrolador. Sólo es necesario este chip y 4 condensadores

electrolíticos de 10 micro faradios. El esquema del circuito es el siguiente:



61

T1IN11

R1OUT12

T2IN10

R2OUT9

T1OUT14

R1IN13

T2OUT7

R2IN8

C2+

4

C2-

5

C1+

1

C1-

3

VS+2

VS-6

U2

MAX232

16

2

73

84

9

5

J1

CONN-D9F

C2

10u

C3

10u

C1

10u

C4

10u

RXDTXD

Figura 26. Circuito de conexión del MAX232

PUERTO PIN DEL MAX232

PD0/RXD 12 (R1 OUT)

PD1/TXD 11 (T1 IN)

Tabla 19. Puertos del micro y pines de conexión al Max 232



62

3.3.4. BUS I2C:

I²C es un bus de comunicaciones serie. Su nombre viene de Inter-Integrated Circuit

(Circuitos Inter-Integrados). La velocidad es de 100Kbits por segundo en el modo

estándar. Es un bus muy usado en la industria, principalmente para comunicar

microcontroladores y sus periféricos en sistemas empotrados (Embedded Systems).

La principal característica de I²C es que sólo usa dos hilos para transmitir la

información: por uno van los datos y por otro la señal de reloj que sirve para

sincronizarlos. También es necesaria una tercera línea, pero esta sólo es la referencia

(masa). Las líneas se llaman:

• SDA: datos

• SCL: reloj

• GND: masa

Las dos primeras líneas son drenador abierto, por lo que necesitan resistencias de

pull-up.

Los dispositivos conectados al bus I²C tienen una dirección única para cada uno.

También pueden ser maestros o esclavos. El dispositivo maestro inicia la

transferencia de datos y además genera la señal de reloj, pero no es necesario que el

maestro sea siempre el mismo dispositivo, esta característica se la pueden ir pasando

los dispositivos que tengan esa capacidad.

3.3.3.4.1. LAS CARACTERÍSTICAS MÁS SALIENTES DEL BUS I2C SON:

• Se necesitan solamente dos líneas, la de datos (SDA) y la de reloj (SCL).

• Cada dispositivo conectado al bus tiene un código de dirección seleccionable

mediante software. Habiendo permanentemente una relación Maestro/

Esclavo entre el micro y los dispositivos conectados

• El bus permite la conexión de varios Maestros, ya que incluye un detector de

colisiones.



63

• El protocolo de transferencia de datos y direcciones posibilita diseñar

sistemas completamente definidos por software.

• Los datos y direcciones se transmiten con palabras de 8 bits.

En la figura 27 se enseña cómo realizar un bus I2C.

R1 y R2 son resistencias de 330 ohmios.

R3 y R4 son resistencias de 10 k-ohmios.

En las opciones de compilación es posible definir los pin que asignará al bus I2C.

Figura 27. El esquema de como realizar un bus I2C.

Fuente: Manual del PIC16C6X José Nail V.

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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA FACULTAD DE …€¦ · La comunicación I2C: Esto nos permite tener un reloj en tiempo real con capacidad para contar segundos, minutos, horas,