diseño y construcción de un registrador de vibraciones tesis (1)
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UNIVERSIDAD POLITCNICA SALESIANA
Facultad de Ingenieras Carrera de Ingeniera Mecnica
Automotriz
DISEO Y CONSTRUCCIN DE UN REGISTRADOR DE
VIBRACIONES PARA EL SISTEMA DE SUSPENSIN
TESIS DE GRADO PREVIO A
LA OBTENCIN DEL
TTULO DE INGENIERO
MECNICO AUTOMOTRIZ
TNLG. TITO JAVIER ESPINOZA VLEZ
DIRECTOR: ING. FABIN CABRERA
Cuenca, Mayo 2006
-
II
DECLARACIN
Yo Tito Javier Espinoza Vlez, declaro bajo juramento que el trabajo aqu descrito
es de mi autora; que no ha sido previamente presentado para ningn grado o
calificacin profesional; y, que he consultado las referencias bibliogrficas que se
incluyen en este documento.
A travs de la presente declaracin cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Universidad Politcnica Salesiana, segn lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.
Firma: __________________________
Tnlg. Tito Javier Espinoza Vlez
-
III
CERTIFICACIN
Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por el Tnlg. Tito Javier Espinoza
Vlez, bajo mi supervisin.
Firma: _______________________
Ing. Fabin Cabrera
DIRECTOR DE PROYECTO
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IV
DEDICATORIA
A mis familiares, compaeros y amigos........
-
V
AGRADECIMIENTO
Mi agradecimiento a todas las personas involucradas en este proyecto que
aportaron al desarrollo y culminacin del mismo, entre ellas:
A mis padres, por el apoyo de siempre.
A mi director de tesis Ing. Fabin Cabrera por los invalorables
conocimientos que puso a mi disposicin.
A mis compaeros y amigos, por las pequeas aportaciones hechas en
este proyecto, pero que sin duda han sido determinantes en el resultado
final.
A todos los profesores que tuve en el transcurso de mi vida universitaria,
puesto que han contribuido a que al trmino de esta etapa posea slidos
conocimientos tcnicos y me sienta en capacidad de iniciarme en la vida
profesional.
A todas las personas cuya presencia infundi en mi las ganas y el deseo
de dar por terminada esta etapa en mi vida.
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VI
INDICE
CONTENIDOS:
CAPTULO I: TEORA GENERAL DE LAS VIBRACIONES EN EL AUTOMVIL
1.1 Evolucin del Estudio de las Vibraciones 1
1.1.1 Primera Etapa: Los Orgenes 1,2
1.1.2 Segunda Etapa: La Formalizacin 2,3
1.1.3 Tercera Etapa: La Aplicacin 4
1.2 Definicin de Vibraciones 5
1.3 Parmetros de las Vibraciones 5
1.4 Clasificacin de las Vibraciones 5
1.5 Causas de las Vibraciones Mecnicas 6
1.6 Consecuencias de las Vibraciones 6
1.7 Vibraciones Mecnicas en el Vehculo 7,8
1.8 Modelo Matemtico de las Vibraciones Libres Amortiguadas 9-15
1.9 Aplicacin de un Modelo Matemtico al Sistema de Suspensin 16
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VII
CAPTULO II: DISEO DEL SISTEMA ELECTRNICO DE ADQUISICIN DE
DATOS
2.1 Esquema Elctrico 18
2.2 Caractersticas Tcnicas 18,19
2.3 Descripcin de los Componentes 20
2.3.1 Sensor 20
2.3.1.1 Caractersticas del Sensor 20
2.3.1.1.1 Curvas de Respuesta Distancia-Voltaje 20,21
2.3.1.2. Circuito Elctrico de Conexin del Sensor 22
2.3.2 Regulador de Voltaje 7805 22,23
2.3.3 Microcontrolador 23-25
2.3.3.1 Circuito de Conexin del Microcontrolador 26
2.3.4 Protocolo de Comunicacin RS-232 26,27
2.3.4.1 Circuito de Conexionado del Max 232 28
2.3.5 Conector DB9 29,30
2.4 Funcionamiento del Circuito 31,32
-
VIII
CAPTULO III: CONSTRUCCIN DE LOS CIRCUITOS ELECTRNICOS DE
ADQUISICIN DE DATOS Y ADAPTACIN DE LOS SENSORES
3.1 Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos 34
3.1.1 Diseo y Construccin del Circuito Impreso 34
3.1.1.1 Materiales, Componentes y Herramientas Utilizadas 34,35
3.1.1.2 Proceso de Diseo y Construccin 36-39
3.1.1.2.1 Soldadura e Insercin de Componentes 39-41
3.1.2 Detalles Constructivos 41-45
3.2 Adaptacin de los Sensores 46
3.2.1 Construccin del Porta Emisor y Porta Receptor 46
3.2.1.1 Materiales Utilizados 46
3.2.1.2 Maquinas Herramientas utilizadas 46
3.2.1.3 Proceso de Construccin del Porta Emisor y Porta Receptor 46,47
-
IX
CAPTULO IV: DISEO E IMPLEMENTACIN DEL SOFTWARE DE
ADQUISICIN, ALMACENAMIENTO Y ANLISIS
4.1 Software de Adquisicin de Datos 52
4.1.1 Descripcin del Software 53-55
4.1.2 Diagrama de Flujo 56
4.1.2.1 Programa Principal 56
4.1.2.2 Rutina de Conversin Analgica/Digital 57
4.2 Software de Almacenamiento y Anlisis de Datos 58
4.2.1 Descripcin del Software 58-61
-
X
CAPTULO V: PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
5.1 Diseo y Construccin de la Maqueta 63
5.1.1 Caractersticas de la Maqueta 63
5.1.1.1 Materiales utilizados 63,64
5.1.2 Proceso de Construccin 64
5.2 Determinacin del Coeficiente de Elasticidad del Muelle 66-68
5.3 Montaje del Muelle 68
5.4 Pruebas de Funcionamiento 69
5.4.1 Pruebas del Sensor 69,70
5.4.2 Pruebas del Sistema Electrnico 70-72
5.4.3 Pruebas de Adquisicin y Graficacin de Seal 72-77
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XI
CAPTULO VI: ANLISIS DE RESULTADOS Y CORRECCIN DE ERRORES
6.1 Clases de Resultados 80
6.1.1 Valores de Frecuencia Mayores al Rango Tolerable 80
6.1.1.1 Causas que Producen Valores de Frecuencia Mayores al Rango
Tolerable 81
6.1.1.2 Efectos en la Salud Humana 81
6.1.1.2.1 Malestar 81
6.1.1.2.2 Interferencia con la actividad 81
6.1.1.2.3 Alteraciones de las funciones fisiolgicas 81
6.1.1.2.4 Alteraciones neuromusculares 82
6.1.1.2.5 Alteraciones cardiovasculares, endocrinas y metablicas 82
6.1.1.2.6 Alteraciones sensoriales y del sistema nervioso central 83
6.1.1.2.7 Problemas en la columna vertebral 84
6.1.1.3 Soluciones 84
6.1.2 Valores de Frecuencia Menores al Rango Tolerable 85
6.1.2.1 Causas de Valores de Frecuencia Menores al Rango Tolerable 85
6.1.2.1.1 Carga excesiva del vehculo 85
6.1.2.1.2 Desgaste de los amortiguadores 85
6.1.2.1.3 Falta de recuperacin de los muelles 85
6.1.2.2 Efectos en la Salud Humana 86
6.1.2.2.1 Mareo 86
6.1.2.3 Soluciones 86
6.1.2.3.1 Cambio de muelles 86
6.1.2.3.2 Cambio de amortiguador 86
6.2 Correccin de Errores 87,88
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XII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 89-92
BIBLIOGRAFIA 93
ANEXOS 94-127
TABLAS:
Tabla 1.1 Aportacin a las Vibraciones. 1ra. Etapa: LOS ORIGENES, 2
Tabla 1.2 Aportacin a las Vibraciones. 2da. Etapa: LA FORMALIZACIN, 3
Tabla 1.3 Aportacin a las Vibraciones. 3ra. Etapa: LA APLICACIN, 4
Tabla 1.4 Vibraciones Mecnicas en el Vehiculo, 8
Tabla 2.1 Caractersticas del PIC 16F870, 25
Tabla 2.2 Descripcin de pines del DB9, 29
Tabla 3.1 Caractersticas del Potencimetro de Precisin, 43
Tabla 5.1 Resultados Determinacin de Coeficientes de Elasticidad. UTPL, 67
Tabla 5.2 Resultados Determinacin de Coeficiente de Elasticidad del
Muelle.UPS, 68
Tabla 5.3 Resultados Pruebas del Sensor, 69
Tabla 5.4 Resultados Pruebas de Adquisicin y Graficacin de Seal, 77
Tabla 6.1 Vibraciones Mecnicas en el Vehiculo, 80
LMINAS:
Lamina 1 Porta Emisor, 48
Lamina 2 Porta Receptor, 49
Lamina 3 Maqueta, 65
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XIII
INTRODUCCION
Se denomina suspensin al conjunto elstico que media entre los
elementos suspendidos (bastidor, carrocera, pasajeros y carga) y los no
suspendidos (ruedas y ejes); cuya finalidad es la de absorber las
reacciones producidas en las ruedas debido a las desigualdades que
pudiera presentar el terreno.
El Sistema de Suspensin en los vehculos, es de vital importancia en lo
que respecta a la seguridad y confort de los ocupantes. Es as que estudios
recientes demuestran que la exposicin prolongada a vibraciones de
cuerpo completo, como las producidas en los ocupantes de un vehculo y
cuya frecuencia se encuentre por encima de lo lmites correspondientes al
del balanceo normal del cuerpo humano (1Hz-2Hz), se halla ntimamente
ligada a problemas en la salud en el orden fisiolgico como
neuromuscular.
Por lo expuesto anteriormente el mantenimiento de este sistema se
constituye en primordial, ms an cuando al estar constituido por partes
elsticas sometidas a cargas continuas es susceptible al desgaste y la
fatiga, lo que provoca variaciones en el rango de oscilacin. Siendo
necesario pues para un adecuado mantenimiento contar con un equipo-
herramienta que nos permita conocer este rango.
Este proyecto de tesis se ha desarrollado con el fin de poder conocer el
estado de un sistema de suspensin, a travs de la determinacin de su
frecuencia de funcionamiento de tal forma que se pueda tomar medidas
correctivas de darse el caso.
En el capitulo I se hace un anlisis terico de las vibraciones en el que se
definen conceptos y ecuaciones que rigen el movimiento.
El capitulo II, III y IV se centra en lo que es el diseo y construccin de los
sistemas y circuitos electrnicos de adquisicin de datos y la adaptacin de
los sensores.
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XIV
En el capitulo V se realizan las pruebas de funcionamiento, con el fin de
poder determinar si es que el sistema est acorde con los requerimientos
del proyecto.
En el capitulo VI, se realiza un anlisis de los resultados obtenidos y se
procede a la correccin de errores.
Ciertamente que este prototipo tiene algunas limitaciones, pero constituir
sin duda alguna una gua de gran utilidad para estudios ms profundos que
permitan el perfeccionamiento del sistema y su aplicacin a situaciones
ms complejas
T.J.E.V
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
- 1 -
TEORA GENERAL DE LAS VIBRACIONES EN EL
AUTOMVIL
El estudio de este capitulo es de gran importancia, por cuanto nos permitir
conocer las bases tericas as como los modelos matemticos que rigen las
vibraciones, lo que nos facilitar la posterior comprensin de los programas de
anlisis de datos que se detallarn en captulos posteriores.
1.1 EVOLUCIN DEL ESTUDIO DE LAS VIBRACIONES
Desde que aparecieron los primeros instrumentos musicales, en especial
los de cuerda, la gente ya mostraba un inters marcado por el estudio del
fenmeno de las vibraciones.
A travs de la historia grandes matemticos elaboraron un sinnmero de
aportaciones que hicieron del fenmeno de las vibraciones toda una ciencia, a tal
punto que en la actualidad se ha constituido en una de las ms estudiadas y
aplicadas en la industria.
La evolucin en el estudio de las vibraciones puede clasificarse en las
siguientes etapas:
1.1.3 PRIMERA ETAPA: LOS ORIGENES
Conformada por las personas y acontecimientos que sentaron las bases
conceptuales del campo de las vibraciones y esta comprendida desde la
antigedad hasta el renacimiento, esto es, aproximadamente desde el ao 3000
A.C. hasta el 1500 de nuestra era. Pueden reconocerse en este periodo aspectos
como:
La msica y los instrumentos musicales
La aparicin de los conceptos bsicos de metodologa cientfica
Los principios bsicos de vibraciones como son: movimiento, frecuencia
natural, resonancia, energa, aislamiento, medicin.
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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A continuacin un listado con los nombres de los principales protagonistas
o cronistas de esta etapa y sus aportaciones. Tabla 1.1
Tabla 1.1 Aportacin a las Vibraciones. 1ra. Etapa: LOS ORIGENES
PERSONAJE APORTACION A LAS VIBRACIONES
Fohi (3000 a.C.) Consonancias, Libro sobre Msica
Tales de Mileto (640 - 546 a.C.) Mtodo Cientfico
Pitgoras de Samos (ca 570 - 497 a.C.) Frecuencia Natural, Teora de Nmeros, Vibracin de Cuerdas Tensas
Herodoto (ca 484 - 425 a.C.) Reporta un Transductor de Vibracin
Aristfanes (450 - 388 a.C.) Oscilador
Platn (ca 429 - 347 a.C.) Vibracin Simptica
Aristteles (384 - 322 a.C.). Leyes de Movimiento, Libro sobre Acstica
Euclides (350 -2 75 a.C.) Pndulo usado como Medidor de Vibraciones
Alejandro de Afrodisias (principio siglo 3 a.C.)
Energa Cintica y Potencial
Arquimides (287 - 212 A.C.) Leyes sobres Esttica, Hidrosttica
Vitruvius (Primer siglo d.C.) Sismgrafo Chino
Boethius (480 - 524) Referencia a Pitgoras, Msica
1.1.2 SEGUNDA ETAPA: LA FORMALIZACIN
Est comprendida desde la poca del Renacimiento hasta mediados del
siglo XIX. En esta poca se da un gran desarrollo matemtico y conceptual que
consolida el cuerpo terico de las vibraciones, as como progresos en la
instrumentacin.
A continuacin los principales protagonistas y sus aportaciones en esta
etapa. Tabla 1.2
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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Tabla 1.2 Aportacin a las Vibraciones. 2da. Etapa: LA FORMALIZACIN
PERSONAJE APORTACION A LAS VIBRACIONES
Leonardo da Vinci (1452 - 1519) Trabajos sobre Mecnica
Galileo Galilei (1564 - 1612) Medicin de la Frecuencia de Pndulos
Marinus Mersenne (1588 - 1648) Cuerdas Vibrantes
Christian Huygens (1629 - 1695) Reloj de Pndulo, no Linealidad
Isaac Newton (1642 - 1727) Leyes de Movimiento
Gottfried Leibnitz (1646 - 1716) Clculo
Joseph Sauveur (1653 - 1716) Armnicos en Vibraciones
Daniel Bernoulli (1700-1782) Hidrodinmica, Ecuacin Diferencial de Vibracin Lateral en Vigas
Leonhard Euler (1707 - 1783) Principio de Superposicin
Jean le Rond DAlembert (1717 - 1783) Ecuacin de Onda
Joseph-Louis Lagrange (1736 - 1813) Ecuacin de Lagrange
C.A. Coulomb (1736 - 1806) Vibracin Torsional
Pierre-Simon Laplace (1749 - 1827) Transformada de Laplace
E.E.F. Chladni (1756 - 1824) Vibracin de Vigas y Platas
Jacob Bernoulli (1759 - 1789) Vibracin de Placas
Jean Baptiste Joseph Fourier (1768 -1830)
Carl Friedrich Gauss (1777 - 1855) Distribucin Gaussiana
Simeon-Denis Poisson (1781 - 1840) Movimiento de Slidos Elsticos
Claude Louis Maria Henry Navier (1785 - 1836)
Vibracin de Slidos
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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1.1.3 TERCERA ETAPA: LA APLICACIN
Una vez efectuadas todas las investigaciones sobre el amplio campo de las
vibraciones vino la aplicacin ingenieril la cual quedo plasmada por el desarrollo
de la maquinaria de alta velocidad como locomotoras, autos, aviones.
Esta etapa estuvo comprendida desde aproximadamente 1850 a 1950.
Los personajes ms relevantes de esta poca en la Tabla 1.3
Tabla 1.3 Aportacin a las Vibraciones 3ra. Etapa: LA APLICACIN
PERSONAJE APORTACION A LAS VIBRACIONES
Arthur Cayley (1821 - 1895) Algebra Matricial
Edward John Routh (1831 - 1907) Sistemas de Varios Grados de Libertad
Clobsch (1833 - 1872) Teora General de Vibraciones
John William Strutt, Lor Rayleigh (1842-1919)
Mtodos de Energa, Primer Tratado de Vibraciones
Carl Gustaf Patric De Laval (1845 - 1913)
Dinmica de Mquinas de Alta Velocidad
Henry Poincar (1854 - 1912) Vibracin no Lineal
August Foppl (1854 - 1924) Libro sobre Mecnica, Dinmica de Rotores de un Solo Disco
Heinrich Hertz (1857 - 1894) Ondas Electromagnticas
Alksandr Mikhailvich Liapounov (1857 -1918)
Estabilidad de Sistemas y de Movimiento
Boris Grigorevich Galerkin (1871 - 1945) Teora de Elasticidad
Burt Leroi Newkirk (1876 - 1964) Libro sobre Mecnica y Vibraciones
Walter Ritz (1878 - 1909) Mtodos Numricos
Lee Hunter (1913 - 1986) Tcnicas de Balanceo
Hort Primer Libro de Ingeniera de las Vibraciones
J.P. Den Hartog Libro sobre Vibraciones
(1)
1 El texto anterior, incluidas las tablas se tomaron de:
www.monografias.com/trabajos/vibramec/html
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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1.2 DEFINICIN DE VIBRACIONES
Los sistemas de ingeniera que poseen masa y elasticidad estn en
capacidad de tener movimiento relativo; si el movimiento de estos sistemas
persiste en el tiempo el movimiento se conoce como vibracin. La vibracin es,
en general, una forma de energa disipada y en muchos casos inconveniente.
Esto es particularmente cierto en maquinaria ya que debido a las vibraciones se
producen ruidos y se transmiten fuerzas y movimientos indeseables a los objetos
muy cercanos.
1.3 PARMETROS DE LAS VIBRACIONES
PERIODO: Es el intervalo de tiempo necesario para que el sistema efecte
un ciclo completo de movimiento.
FRECUENCIA: Es el nmero de ciclos por unidad de tiempo que efecta el
sistema
AMPLITUD: Es el desplazamiento mximo del sistema desde su posicin
de equilibrio.
1.4 CLASIFICACIN DE LAS VIBRACIONES
VIBRACIN LIBRE: Es cuando un sistema vibra debido a una excitacin
instantnea. Las fuerzas actuantes son la fuerza del resorte, la fuerza de friccin y
el peso de la masa.
VIBRACIN FORZADA: Es cuando un sistema vibra debido a una excitacin
constante.
VIBRACIN AMORTIGUADA: Es cuando la vibracin de un sistema es disipada.
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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1.5 CAUSAS DE LAS VIBRACIONES MECNICAS
Las causas que originan las vibraciones mecnicas son muchas, pero
dentro de las principales tenemos aquellas relacionadas con tolerancias de
mecanizacin, desajustes, movimientos relativos entres superficies en contacto,
desbalances de piezas en rotacin u oscilacin, todos estos fenmenos producen
casi siempre un desplazamiento del sistema desde su posicin de equilibrio
estable originando una vibracin mecnica.
1.6 CONSECUENCIAS DE LAS VIBRACIONES
La mayor parte de vibraciones en mquinas y estructuras son indeseables
porque aumentan los esfuerzos y las tensiones y por las prdidas de energa que
las acompaan. Adems son fuentes de desgaste de materiales, de daos por
fatiga y de movimientos y ruidos molestos. ( 2 )
2 El texto anterior se tom de: www.monografias.com/trabajos14/vibraciones/html
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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1.7 VIBRACIONES MECNICAS EN EL VEHCULO
Las vibraciones mecnicas en el vehculo se presentan principalmente en el
momento en que entra en funcionamiento el sistema de la suspensin debido a
las irregularidades que pudiera presentar el terreno.
Si los elementos del sistema de suspensin se encuentran en buen estado
los periodos de oscilacin del mismo correspondern al de balanceo normal del
cuerpo humano que comprende valores entre 0.5 segundos y 1 segundo
correspondientes a valores de frecuencia de 2Hz y 1Hz respectivamente; por lo
que sern tolerados por el pasajero sin perjuicio para la sensacin de confort, por
lo cual resulta de vital importancia mantener lo ms invariable posible este rango.
La suspensin es uno de los elementos ms importantes dentro del
concepto de vehculo en lo que respecta a seguridad y confort de sus ocupantes.
Sin embargo muchas veces dejamos de lado el mantenimiento de la suspensin,
olvidando que al estar constituida por elementos elsticos y sometida a cargas
continuas es susceptible al desgaste y la fatiga, lo que origina grandes problemas
como es el aumento en la frecuencia de oscilacin que se traduce en
incomodidad e inseguridad para los ocupantes del vehculo. Siendo necesario
sealar que hoy en da el 40% de los accidentes debido a fallas mecnicas estn
asociados a problemas de la suspensin.
As mismo el aumento en la frecuencia de oscilacin produce el desgaste
de los componentes mecnicos mviles.
Ver Tabla 1.4
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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Tabla 1.4 Vibraciones Mecnicas en el Vehculo
Periodo de Oscilacin(s)/Frecuencia(Hz)
Impresin de Confort Tolerancia Fsica
0.2 / 5 Mala Intolerable
0.4 / 2.5 Mala Intolerable
0.5 / 2 Confortable Tolerable
0.9 / 1.1 Confortable Tolerable
1.0 / 1 Confortable Tolerable
1.26 / 0.8 Excesivamente
confortable Tendencia al mareo
( 3 )
3 El texto anterior, incluida la tabla se tom de: www.km77.com/tecnica/bastidor/pendulo/texto.asp
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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1.8 MODELO MATEMTICO DE LAS VIBRACIONES LIBRES
AMORTIGUADAS
PLANTEAMIENTO
Se tomar un resorte ordinario resistente a la compresin como a la
extensin y que est suspendido verticalmente de un soporte fijo. En el extremo
inferior del resorte se sujeta un cuerpo de masa m. Se supone que m es tan
grande que se puede despreciar la masa del resorte. Si se conecta la masa a un
amortiguador entonces se tiene en cuenta el amortiguamiento viscoso
correspondiente. Figura 1.1
Figura 1.1
Se elige la direccin hacia abajo como positiva, considerando como
positivas a las fuerzas que actan hacia abajo y como negativas a las que actan
hacia arriba.
La fuerza ms obvia que acta sobre el cuerpo es la atraccin de la
gravedad
(1) gmF 1 =
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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En donde m es la masa del cuerpo y g = 980 cm/s2 es la aceleracin de la
gravedad.
La siguiente fuerza que debe considerarse es la del resorte, ejercida por
ste ltimo si se encuentra deformado. Los experimentos indican que esta fuerza
es proporcional a la deformacin, esto es:
sKF = (Ley de Hooke)
En donde s es la deformacin. La constante de proporcionalidad K se
llama mdulo del resorte.
Si 1s = , entonces kF = El resorte es ms rgido entre mayor sea k.
Cuando el cuerpo se encuentra en reposo, su posicin se describe como de
equilibrio esttico. Evidentemente en esta posicin el resorte est deformado en
una cantidad s0 tal que la resultante de la fuerza correspondiente del resorte y la
gravitacional (1) es cero. De donde esta fuerza del resorte acta hacia arriba y su
magnitud ks0 es igual a la de F1; esto es
(2) gmks 0 =
Denotando por )t(yy = el desplazamiento del cuerpo respecto de su
posicin de equilibrio esttico, con la direccin positiva hacia abajo.
A partir de la ley de Hooke, se deduce que la fuerza del resorte
correspondiente a un desplazamiento y es
(3) =2F - 0ks - ky
Siendo F2 de la fuerza del resorte ks0, cuando el cuerpo est en la
posicin de equilibrio esttico, y la fuerza adicional del mismo resorte, -ky,
causada por el desplazamiento. Observe que se ha elegido apropiadamente el
signo del ltimo trmino en (3), ya que cuando y es positivo, -ky es negativa y,
de acuerdo con lo supuesto representa una fuerza hacia arriba, mientras que para
y negativo, la fuerza ky representa una hacia abajo.
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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La fuerza de amortiguamiento que corresponde tiene la direccin opuesta al
movimiento instantneo y se supondr que es proporcional a la velocidad y =
dy/dt del cuerpo. Generalmente esta es una buena aproximacin, al menos para
velocidades pequeas. As entonces la fuerza de amortiguamiento tiene la forma:
=3F - yc
Se debe tener en cuenta que la constante de amortiguamiento c es
positiva. Si y es positiva el cuerpo se mueve hacia abajo (en la direccin y
positiva) y yc debe ser una fuerza hacia arriba, es decir, por convencin, - yc < 0,
lo cual implica c > 0. Para y negativa, el cuerpo se mueve hacia arriba y - yc
representa una fuerza hacia abajo, esto es, - yc >0, lo cual implica c>0.
La resultante de las fuerzas que actan sobre el cuerpo ahora es
mgFFF 321 =++ - 0ks - ky - yc
Ver figura 1.2
Figura 1.2
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Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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De donde por la segunda ley de Newton
=ym - ky - yc
Y se ve que el movimiento del sistema mecnico amortiguado se rige por la
ecuacin diferencial lineal con coeficientes constantes
0kyycym =++
La ecuacin caracterstica correspondiente es
0m
k
m
c
2=++
Las races son
mk4-cm2
1
m2
c
2
2,1=
Si se aplican las notaciones abreviadas
m2
c= y
m2
1= mk4-c
2
Se puede escribir
=1 + y =
2
La forma de la solucin de depender del amortiguamiento, tenindose los
casos siguientes:
-
Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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CASO I mk4c 2 > . Races reales distintas. (Sobreamortiguamiento)
Solucin: ec)t(y1
=-( - )t
ec2
+-( + )t
CASO II mk4 c 2 < . Races reales conjugadas (Subamortiguamiento)
i = * en donde * 2c-mk4m2
1=
Las races de la ecuacin caracterstica son complejas conjugadas:
=1 *i+ y =
2 *i
Solucin: e)t(y =- t ACos( * t ) t * BSen+ = Ce t -t*(Cos )
En donde 222
BAC += y tan = B/A
Otra forma de representar esta solucin sera:
( )Seney)t(y dtt)m2/c(0 += -
Donde d esta definida por la relacin:
=d2
c-mk4m2
1
Aun cuando el movimiento no es realmente repetitivo, la constante d suele
denominarse pulsacin, o frecuencia angular de la vibracin amortiguada.
El coeficiente de amortiguamiento en funcin de los decrecimientos
logartmicos esta dado por la formula:
-
Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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2
2
2
)2y
1y(ln4
mk4*)2y
1y(ln
c
+
=
Cuya demostracin es la siguiente:
Teniendo presente que para una vibracin libre de tipo subamortiguada se
tiene:
( )Seney)t(y dtt)m2/c(0 += -
Y que las mximas amplitudes en un ciclo ocurren cuando ( )Sen dt + es
igual a la unidad, por lo que las mximas amplitudes son:
y1 = 1t)m2/c(
0ey- y y2 =
2t)m2/c(0ey
-
Por lo que:
)t- t)(m2/c(
2
112
ey
y=
Aplicando logaritmos a esta razn tenemos:
)t-t(m2
c
2y
1yln 12=
Y debido a que la diferencia de tiempo entre dos amplitudes consecutivas es
el periodo de la oscilacin d
12
2)t-t( = y que =d 2c-mk4
m2
1
Tenemos:
2c- mk4
c2
2y
1yln =
-
Teora General de las Vibraciones en el Automvil
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Despejando c tenemos:
2
2
2
)2y
1y(ln4
mk4*)2y
1y(ln
c
+
=
L.Q.Q.D
Ver Figura 1.2
Figura 1.2
CASO III mk4c 2 = . Una raz real doble (Amortiguamiento crtico)
= 0, =1 =
2 -
Solucin: e)CtC()t(y21
+=- t
(4)
4 El texto anterior se tom de: HIBBELER, R.C. Mecnica para Ingenieros: Dinmica.
Pg.1233-1235; Matemticas Avanzadas para Ingeniera KREISZIG. Pg. 103-114
-
Teora General de las Vibraciones en el Automvil
16
1.9 APLICACIN DE UN MODELO MATEMTICO AL SISTEMA DE
SUSPENSIN
De los casos estudiados anteriormente, el que se adapta al
funcionamiento de la suspensin es aquel que presenta una solucin del tipo:
( )Seney)t(y dtt)m2/c(0 += -
Por lo que se deduce que se trata de un movimiento libre subamortiguado.
Figura 1.3
Figura 1.3
En donde:
M= de la masa total del vehiculo, esto cuando se realice el anlisis de
uno de los cuatro grupos independientes de suspensin.
K= Modulo del Resorte
C= Coeficiente de Amortiguamiento Viscoso, cuyo valor depender de
las caractersticas del amortiguador utilizado.
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 18 -
DISEO DEL SISTEMA ELECTRNICO DE ADQUISICIN
DE DATOS
En este captulo, se detalla: el esquema elctrico de los circuitos de
alimentacin, de adquisicin y envo de datos; las caractersticas tcnicas,
componentes y funcionamiento de los circuitos. Todo esto nos permite entender la
forma en que interactan los diferentes elementos para proporcionar una
respuesta.
2.1 ESQUEMA ELCTRICO Figura 2.1 El circuito electrnico est diseado de forma que cumpla con las siguientes
funciones:
Toma de datos analgicos a travs del sensor, la cual se realiza cada 0.1
segundos durante un periodo de tiempo de 1 minuto, con lo que se obtiene
600 muestras.
Conversin de los datos analgicos a digitales, que es realizada por el
conversor analgico/digital del microcontrolador.
Envo de datos digitalizados al PC por puerto serial, comunicacin
asncrona a travs del mdulo USART a una velocidad de 9600 baudios.
2.2 CARACTERSTICAS TCNICAS
La alimentacin del sistema se realiza a travs de un circuito alimentador
de corriente continua, que proporciona 5V.
Interruptor ON/OFF, que permite la alimentacin del sistema.
Pulsante para comenzar el proceso que comprende desde la toma de
datos analgicos hasta el grafico de datos digitalizados en el PC
Pulsante para detener el proceso comprendido desde la toma de datos
analgicos hasta el grfico de datos digitalizados en el PC
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 19 -
Conjunto de leds sealizadores
Comunicacin serial asncrona con el PC utilizando el protocolo RS -232A
1 2 3 4
A
B
C
D
4321
D
C
B
A
RA02
RA13
RA24
RA35
RA4 /T0CKI6
RA5 /SS7
RB0 /INT2 1
RB12 2
RB22 3
RB32 4
RB42 5
RB52 6
RB62 7
RB72 8
RC0 /T1OSO/T1 CKI1 1
RC1 /T1OSI/CCP21 2
RC2 /CCP11 3
RC3 /SCK/SCL1 4
RC4 /SDI/SDA1 5
RC5 /SDO1 6
RC6 /TX/CK1 7
RC7 /RX/DT1 8
MCLR/VPP1
OSC1/CLKIN9
OSC2/CLKOUT1 0
U2
PIC1 6F8 7 0-20 /JW(28 )
Y1
2 0MHZ
C22 2P
C32 2PVCC
1
2
3
J1
POWER
C1
0 .1 UF
C6
0 .1 UF+ C4
1 00 0 UF+ C5
1 00 0 UF
D1
DIODE
Vin1
GN
D
2
Vo ut3
U1
7 80 5+12 V VCC VDD
+
C7
1 uF
+
C8
1 uF
+ C1 0
1 uF+ C9
1 uF
R1 IN1 3
R2 IN8
T1IN1 1
T2IN1 0
GN
D1
5V
+2
V-
6V
CC
16
R1 OUT1 2
R2 OUT9
T1OUT1 4
T2OUT7
C1 +1
C2 +4
C1 -3
C2 -5
U3
DS23 2 A(1 6 )
TX
VCC
VCC
1 6 2 7 3 8 4 9 5
J 3
DB9
D2
LED
D3
LED
R5
5 60
R6
5 60
1
2
3
4
J2
CON4
R1
5 60R2
1 K
+12 V
1
3
2
R3
1 00 K
1
3
2R41 00 K
12
S1
PON
12
S2
POFF
R8
1 K
R9
1 K
1 2
J4
ON/OFF
1
2
3
J5
FILTRO
1
3
2
R7
1 00 K
VCC
R1 0
5 60
D4
LED
R1 1
RES1
D5
LED
RX
Figura 2.1
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 20 -
2.3 DESCRIPCIN DE LOS COMPONENTES
2.3.1 SENSOR
El sensor utilizado para la toma de datos analgicos est constituido por un
emisor infrarrojo y un receptor del tipo fototransistor. Figura 2.2
Figura 2.2
El emisor enva un rayo luminoso al receptor el cual provoca una seal de
voltaje cuyo valor depende de la incidencia del rayo la que varia con la distancia
existente entre emisor y receptor.
2.3.1.1 Caractersticas del Sensor 2.3.1.1.1 Curva de Respuesta Distancia-Voltaje
Figura 2.3
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 21 -
Curvas de Respuesta Distancia-Voltaje
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Distancia (mm)
Vo
lta
je (
V)
Figura 2.3
Al analizar la curva de respuesta Distancia-Voltaje podemos deducir que no
se trata de un sensor de tipo lineal, ya que al aumentar la distancia aumenta el
valor de voltaje pero no de una forma proporcional.
Considerando que en la Figura 2.3 el eje x o de las abscisas est
representado por el eje Distancia y el eje y o de las ordenadas por el eje
Voltaje, la curva obedece a la grfica de una parbola que se abre hacia la
derecha cuyo vrtice es el punto (0,7.2) y cuya ecuacin es (y -7.2)2 = 4px2 donde
p es el valor del foco y en este caso es mayor a cero.
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 22 -
2.3.1.2 Circuito Elctrico de Conexin del sensor
Figura 2.4
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
N umbe r R evis ionSize
B
D ate : 12-M a r-2006 Shee t of
File: C :\M is doc ume ntos\va rios \PAR TICU LA R\M EC A NIC O \Inte rfac e _me c a nic a .ddbD raw n By:
+12V
FOTO TRA N SISTO R
IN _SEN SO R
1
2
3
4
J 2
C ON 4
LEDIN FR A RR O JO
R 1 560
R 2 1k
R 3 100k
R 4 100k
R 7 100k
Figura 2.4
2.3.2 REGULADOR DE VOLTAJE 7805
El 7805 fija el nivel de tensin en 5V. Figura 2.5
Figura 2.5
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 23 -
El 7805 se utiliza en el circuito de alimentacin. Figura 2.6
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
N umbe r R evis ionSize
B
D ate : 12-M a r-2006 Shee t of
File: C :\M is doc ume ntos\va rios \PAR TICU LA R\M EC A NIC O \Inte rfac e _me c a nic a .ddbD raw n By:
V i1
Gn
d
2
V o3
U 1
7805
C 4
10
00
uF C 5
10
00
uF D 4
V ccD 1
D IOD E
1
2
3
J 1
POW ER
C 6
0.1
uF
C 1
0.1
uF
R 10
560
+12V
Figura 2.6
2.3.3 MICRONCONTROLADOR
De entre todos los tipos de microcontroladores, resulta muy difcil catalogar
al mejor, pero de acuerdo a los requerimientos del proyecto se opt por la familia
de los PIC, especficamente el 16F870. Figura 2.7 y Tabla 2.1
Dentro de las ventajas que presentan los microcontroladores que
pertenecen a esta familia tenemos:
- Sencillez de manejo
- Buena informacin
- Herramientas de desarrollo de fcil aplicacin
- Elevada facilidad de funcionamiento
- Juego reducido de instrucciones
- Programas compactos
- Bajo consumo
Adems es importante sealar que la familia de los PIC, encabezan el
ranking mundial en ventas compitiendo con grandes y tradicionales empresas
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 24 -
como Intel y Motorola, es as que actualmente MICROCHIP vende ms de 100
millones de PIC cada ao.
Figura 2.7
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 25 -
Tabla 2.1 Caractersticas del PIC 16F870
TARJETA DE PRESENTACION PIC 16F870
Frecuencia de Trabajo 20 MHz DC
Inicializadores y Retardadores POR, BOR y PWRT, OST 1
Memoria de Programa FLASH 2K palabras de 14 bits
Memoria de Datos RAM 128 bytes
Memoria de Datos EEPROM 64 bytes
Interrupciones 10 tipos
Puertas de entrada/salida A,B,C
Temporizadores 3
Mdulos de Captura, Comparacin y Modulacin de anchura de pulsos
1
Comunicacin Serial USART
Comunicacin Paralela -
Conversor Analgico/Digital de 10 bits 5 canales de entrada
Juego de instrucciones 35
1 POR: Power on Reset
BOR: Brown out Reset PWRT: Power Up Timer OST: Oscillator Start up Timer USART: Universal Synchronous Asynchronous Receiver Transmitter
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 26 -
2.3.3.1 Circuito de Conexin del Microcontrolador
Figura 2.8
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
N umbe r R evis ionSize
B
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File: C :\M is doc ume ntos\va rios \PAR TICU LA R\M EC A NIC O \Inte rfac e _me c a nic a .ddbD raw n By:
Y 1
20M H z
C 3
22pF
C 2
22pF
C K1 C K2
C K1
C K2
M CLR /VPP/TH V1
R A0/A N02
R A1/A N13
R A2/A N24
R A3/A N35
R A4/T0CK 16
R A5/A N47
V SS8
O SC 1/CLK IN9
O SC 2/CLK O UT10
R C0/T1OSC /T1C KI11
R C1/T1OSI12
R C2/C CP113
R C314
R C415
R C516
R C6/TX/C K17
R C7/R X/D T18
V SS19
V DD20
R B0/IN T21
R B122
R B223
R B3/PGM24
R B425
R B626
R B6/PGC27
R B7/PGD28
IC 3
PIC16F870/D IP
V CC
D 2
LED
D 3
LED
D 5
LED
PIN-12-DS232
PIN-11-DS232
IN _SEN SO R
S2
O FF
S1
O N
V CC
O NO FF
O FF
O N
V CC
R 5
560
R 6
560
R 11
560
R 9
1k
R 8
1k
Figura 2.8
2.3.4 PROTOCOLO DE COMUNICACIN RS-232
El protocolo RS-232 es una norma o estndar mundial que rige los
parmetros de la comunicacin serial. Por medio de este protocolo se
estandarizan las velocidades de transferencia de datos, la forma de control que
utiliza dicha transferencia, los niveles de voltaje utilizados, el tipo de cable
permitido, las distancias entre equipos, los conectores, etc.
La comunicacin serial es el envo y recepcin de datos uno a continuacin
de otro a determinada velocidad de transmisin la cual se mide en baudios. En el
presente diseo la velocidad se ha fijado en 9600 baudios.
Los datos serie se encuentran encapsulados en tramas de la forma:
Bit de Start
Bits de datos Bit de Stop
Primero se enva un bit de Star, a continuacin los bits de datos (primero el
bit de mayor peso), y finalmente los bits de stop.
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 27 -
El nmero de bits de datos y bits de Stop es uno de los parmetros
configurables, as como el criterio de paridad par o impar para la deteccin de
errores. Normalmente la comunicacin serie tienen los siguientes parmetros: 1
bit de Star, 8 bits de datos, 1 bit de Stop y sin paridad.
EL Chip utilizado es el MAX-232. En la Figura 2.9 se puede apreciar la
denominacin de los pines.
Figura 2.9
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 28 -
2.3.4.1 Circuito de Conexionado del MAX-232
Figuras 2.10 y 2.11
Figura 2.10
1 2 3 4 5 6
A
B
C
D
654321
D
C
B
A
Title
N umbe r R evis ionSize
B
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C 9
1u
F
C 10
1u
F
C 7
1uF
V CC
C 8
1u
F
1 6 2 7 3 8 4 9 5
J 3
D B9/fe ma le
V CC
PIN-18-PIC
PIN-17-PIC
C 1+1
V +2
C 1-3
C 2+4
C 2-5
V -6
T2_O U T7
R 2_IN8
R 2_O U T9
T2_IN10
T1_IN11
R 1_O U T12
R 1_IN13
T1_O U T14
G ND15
V CC16
U 3
D S-232
Figura 2.11
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 29 -
2.3.5 CONECTOR DB9
Figura 2.12
Figura 2.12
El DB9 tiene por finalidad permitir la conexin de dispositivos al puerto serie
del PC.
La informacin asociada a cada uno de los pines se detalla en la Tabla 2.2
Tabla 2.2 Descripcin de pines del DB9
Nmero de Pin Seal
1 DCD (Data Carrier Detect)
2 RX
3 TX
4 DTR (Data Terminal Ready)
5 GND
6 DSR (Data Sheet Ready)
7 RTS (Request to Send)
8 CTS (Clear to Send)
9 RI (Ring Indicador)
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 30 -
RX: Es la lnea por donde se reciben los datos bit a bit.
TX: Es la lnea por donde se transmiten los datos bit a bit.
DTR (Data Terminal Ready): Esta lnea de seal es afirmada por la
computadora, e informa al mdem que la computadora esta lista para
recibir datos.
GND: Conexin a tierra.
DSR (Data Sheet Ready): Esta lnea de seal es afirmada por el mdem
en respuesta a una seal DTR de la computadora. La computadora
supervisa el estado de esta lnea despus de afirmar DTR para descubrir si
el mdem esta encendido
RTS (Request to Send): Esta seal se enva de la computadora (DTE) al
mdem (DCE) para indicar que se quiere transmitir datos.
CTS (Clear to Send): Esta seal indica que la computadora puede
empezar a transmitir datos.
En el circuito los terminales T1 out y R1 In del MAX 2-32 se encuentran
unidos a los terminales 2 (Tx) y 3 (Rx) del DB9.
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 31 -
2.4 FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO
Se procede a colocar el interruptor en la posicin ON con lo que se permite
el paso de corriente la cual es estabilizada a un valor de 5V por medio del 7805,
accin que es visualizada al encenderse el diodo led D4.
El sensor tiene una alimentacin de 12V. A travs de los potencimetros R3
y R4 se procede a calibrar la seal del emisor como del receptor de forma que a
la posicin de equilibrio del resorte es decir cuando no esta sometido a
compresin o extensin, le corresponda una seal en el sistema de ejes
coordenados amplitud vs. tiempo (software de anlisis) con amplitud cero.
Luego a travs del potencimetro R7 se adecua el valor de la seal que
sale del receptor a un rango de voltajes comprendido entre 0V-5V, que es la que
ingresa el microprocesador.
Las patitas RB0 y RB1 se configuran como entradas digitales, las cuales
estn unidas a dos pulsantes que actan como perifricos de entrada ON/OFF
respectivamente.
Al pulsar ON comienza el proceso de toma, conversin y envo de datos, al
pulsar OFF se detiene el proceso.
El microprocesador se encarga de tomar la seal analgica por el canal de
entrada RA0/AN0, la cual a travs del conversor A/D se transforma en una seal
de tipo digital.
Esta seal de tipo digital es enviada al PC para lo cual se utiliza el protocolo
de comunicacin RS-232 (chip).
Las patitas RC6/TX/CK y RC7/RX/DT del microprocesador estn
conectadas a las patitas T In 1 y a R1 Out del DS-232 respectivamente;
actuando como transmisor y receptor saliendo y entrando los bits por dichas
lneas al ritmo de una frecuencia controlada internamente por el USART (Interfaz
de Comunicacin Serial).
A su vez el DS-232 se encuentra comunicado con el DB9, es asi que los
terminales T1 out y R1 In del DS 2-32 estn unidos a los terminales 2 (Tx) y 3
(Rx) del DB9 respectivamente.
-
Diseo del Sistema Electrnico de Adquisicin de Datos
- 32 -
Las patitas OSCI/CLKIN Y OSCI/CLKOUT del microprocesador funcionan
como entrada y salida del circuito oscilador externo, es decir por OSCI/CLKIN
entran los impulsos de reloj.
Remitirse a la Figura 2.1 para una mejor comprensin
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 34 -
CONSTRUCCIN DE LOS CIRCUITOS ELECTRNICOS
DE ADQUISICIN DE DATOS Y ADAPTACIN DE LOS
SENSORES
En este capitulo se describe el proceso a seguir para el diseo y
construccin del circuito impreso, adems se detalla el proceso de construccin
de las piezas que se utilizan como porta emisor y porta receptor y que permiten la
adaptacin del sensor al muelle.
3.1 CONSTRUCCIN DE LOS CIRCUITOS ELECTRNICOS DE
ADQUISICIN DE DATOS
3.1.1 DISEO Y CONSTRUCCIN DEL CIRCUITO IMPRESO
3.1.1.1 MATERIALES, COMPONENTES Y HERRAMIENTAS UTILIZADAS
Placa de fibra de vidrio FR4 con recubrimiento de cobre
Luz ultravioleta
Pic 16 F870
Max 2-32
2 Pulsantes
Cristal de Cuarzo 20 MHz
Bornera de 4 terminales
Conector DB9 hembra
Conector Power Jack
Diodo
3 Leds color rojo
3 Potencimetros de 100K
2 condensadores cermicos de 0.1 F
2 condensadores cermicos de 22 pF
2 condensadores electrolticos de 1000 F
4 condensadores electrolticos de 1F
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 35 -
5 resistencias de 560
3 resistencias de 1 K
1 zcalo de 16 pines
1 zcalo de 28 pines
Punzn
Cautn
Estao
Broca
Tenazas para corte
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 36 -
3.1.1.2 PROCESO DE DISEO Y CONSTRUCCIN
Se realiza el diseo del esquema del circuito impreso utilizando el editor de
grficos del programa PROTEL, haciendo constar todos los elementos
componentes del circuito as como las conexiones entre los mismos, seales de
tierra, Vcc, etc. Figura 3.1
Figura 3.1
Es necesario sealar que para acomodar las pistas del circuito impreso se
utilizo la funcin AUTOROUTER, la cual de manera automtica busca la
distribucin ms ptima.
Adems se realizo la verificacin del circuito con herramientas del
programa PROTEL, para determinar si existen terminales de componentes sin
seal de entrada, cables sin seal, salidas en conflicto o algn otro tipo de
problema en las conexiones.
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 37 -
A continuacin se imprime el diseo en una hoja de acetato,
preferentemente en colores blanco y negro. Figuras 3.2a y 3.2b
Figura 3.2 a Cara inferior
Figura 3.2 b Cara superior
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 38 -
Se realiza el grabado de la impresin en la placa de fibra de vidrio por
medio de un proceso fotosensible. Figuras 3.3a y 3.3b
Figura 3.3 a Cara inferior
Figura 3.3 b Cara superior
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 39 -
A continuacin con un punzn se realizan marcas superficiales en donde se
practicarn los agujeros, estas evitan resbalamientos de la broca, permitiendo
mayor precisin en el taladrado.
Utilizando una broca de dimetro adecuado y tendiendo como gua las
marcas realizadas con punzn se realizan los agujeros.
3.1.1.2.1 Soldadura e Insercin de Componentes
El proceso de soldar un componente consta de tres pasos: insertar el
componente, soldar sus patas y cortar la parte sobrante de estas. En general los
componentes deben entrar a fondo hasta estar en contacto con la placa salvo
algunas excepciones como son componentes que se calientan mucho y que para
facilitar su refrigeracin se deja un espacio entre ellos y la placa. Al insertar los
componentes es muy importante ponerlos en la postura que indica el esquema
respetando su polaridad.
Una vez insertado el componente hay que soldarlo. Para ello se pone la
punta del cautn en diagonal de forma que haga contacto con la pata y la zona de
cobre que hay alrededor, seguidamente acercamos el hilo de estao el cual debe
fundirse uniformemente evitando soldaduras en forma abombada o esferoide. Una
soldadura correcta debe tener la forma de carpa de circo. Figuras 3.4 a y 3.4 b
Figura 3.4 a Soldadura Correcta
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 40 -
Figura 3.4 b Soldadura Incorrecta
En la Figura 3.5 se puede apreciar los puntos de suelda del circuito impreso.
Figura 3.5
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 41 -
En lo referente al orden en que han de colocarse los elementos se
recomienda comenzar por un extremo para terminar por el otro, sin embargo
deber tenerse presente que hay componentes que son mas sensibles que otros
al calor y la electricidad esttica producidos durante la soldadura de los dems
componentes, por lo que lo lgico seria dejarlos para el final minimizando de esta
forma el riesgo.
3.1.2. DETALLES CONSTRUCTIVOS
Es necesario sealar que en lo que respecta a la distribucin de los
componentes como se puede ver en la Figura 3.6 estn repartidos de forma
homognea, esto con fines estticos y adems para asegurar que el trazado de
las pistas sea uniforme.
Figura 3.6
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 42 -
Es importante determinar el factor de aprovechamiento que es la relacin
existente entre el rea ocupada por los componentes y el rea total de la placa. El
rea total de la placa es de 8000 mm2 a la cual se le debe quitar el rea del perfil
que se deja para la insercin de pernos de sujecin a la carcasa que es de
1080mm2 con lo que se tiene un rea til de la placa de 6920 mm2. El rea
ocupada por los componentes es de 2590 mm2, por lo tanto el factor de
aprovechamiento es de 37.42%, el cual se considera como satisfactorio.
El PIC 16F870 Y el MAX-232, estn montados sobre zcalos que se han
insertado previamente en la placa, lo que permite la sustitucin de los mismos en
forma fcil y rpida sin necesidad de desoldar elementos.
Los potencimetros que se utilizan son de precisin, lo permite realizar
calibraciones ms sensibles para las seales del sensor. En la Tabla 3.1 se
detallan sus caractersticas.
En la cara superior de la placa se hallan impresos los nombres de algunos
de los elementos lo que permite un fcil reconocimiento de los mismos.
En los extremos de la placa impresa se han mecanizado 4 agujeros de
forma que pueda ser acoplada de forma fija a una superficie utilizando pernos u
otros elementos de fijacin.
El conector power jack (permite la alimentacin del sistema), el DB9 y la
bornera de 4 terminales se hallan en extremos distintos de la placa, esto facilita el
conexionado del adaptador, del cable coaxial y de los sensores respectivamente,
impidiendo el cruce de cables.
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
- 43 -
Tabla 3.1 Caractersticas del Potencimetro de Precisin
CARACTERSTICAS DEL POTENCIMETRO DE PRECISIN
CODIGO 3006P104
TIPO TRIMPOT
No. Vueltas 15
Valor de Resistencia () 100K
Tolerancia (+-%) 10
Potencia (w) 0.75
Elemento Resistivo Cermet
Dimensiones (mm) 19x6.4x5
ESQUEMA DEL POTENCIMETRO DE PRECISIN
-
Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
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En la Figura 3.7 se puede apreciar la placa impresa con todos sus
componentes.
Figura 3.7
A partir de una placa de acrlico transparente de 80mm de ancho / 100mm
de largo y 3mm de espesor se ha mecanizado una carcasa de proteccin para los
componentes del circuito.
El acrlico tambin conocido como homopolmero se caracteriza por ser un
material resistente a la abrasin, a la luz solar y a las altas temperaturas; adems
posee gran recuperacin elstica. Caractersticas que lo hacen apto para este tipo
de trabajos. Figura 3.8
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Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
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Figura 3.8
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Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
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3.2 ADAPTACIN DE LOS SENSORES
Para adaptar el sensor a las espiras del muelle, se construy un porta
emisor y un porta receptor, en donde asientan el emisor y el receptor.
3.2.1 CONSTRUCCIN DEL PORTAEMISOR Y PORTARECEPTOR
3.2.1.1 MATERIALES UTILIZADOS
Platina de acero de transmisin 12mm ancho/ 90mm largo
2 pernos 1/8 pulgada cabeza redonda
1 perno M5 cabeza con casquillo hexagonal
1 perno M5 sin cabeza
Suelda autgena
Nquel
3.2.1.2 MQUINAS HERRAMIENTAS UTILIZADAS
Fresadora
Torno
Taladro de pedestal
3.2.1.3 PROCESO DE CONSTRUCCIN DEL PORTA EMISOR Y PORTA
RECEPTOR
Se divide en dos partes la platina, una es para conformar el porta emisor y
otra para el porta receptor.
Utilizando la fresadora se hace el agujero en donde asienta el emisor, y la
ranura que permite graduar la posicin del emisor con respecto al receptor.
En la otra parte de la platina utilizando la fresadora se realiza la ranura en
donde asienta el receptor.
Se hacen dos abrazaderas de sujecin a la espiral con agujeros que
permitan la insercin de los pernos de ajuste M5, esto a partir del eje circular de
acero de transmisin y utilizando el torno y el taladro de pedestal.
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Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
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Se unen las abrazaderas con las piezas trabajadas para el emisor y el
receptor utilizando suelda autgena.
Se pulen las piezas con ayuda de un esmeril
Se realiza un proceso de niquelado.
Figura 3.9
Figura 3.9
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Construccin de los Circuitos Electrnicos de Adquisicin de Datos y Adaptacin de los Sensores
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Una vez realizado el proceso de construccin se coloca el porta emisor y el
porta receptor en dos espiras consecutivas, una fija y otra mvil; graduando la
posicin de los mismos con respecto a la longitud de las espiras y la del emisor
con respecto al receptor, por medio de los pernos de ajuste. Figura 3.10
Figura 3.10
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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DISEO E IMPLEMENTACION DEL SOFTWARE DE
ADQUISICIN, ALMACENAMIENTO Y ANLISIS
En este captulo, se da una descripcin detallada de las lneas de los
programas a ejecutarse tanto en el microprocesador como en el PC, los que
permiten la adquisicin, almacenamiento y anlisis de datos, en base a lo cual se
puede realizar un estudio minucioso del comportamiento de un sistema de
suspensin.
4.1 SOFTWARE DE ADQUISICIN DE DATOS
El Software de Adquisicin de datos, se lo realiza en el programa MPLAB,
que Microchip pone a disposicin de los usuarios en la pgina Web
www.microchip.com, el cual presenta un sinnmero de ventajas como es la
posibilidad de simular la ejecucin de instrucciones representando el
comportamiento interno del procesador y el estado de las lneas de
entrada/salida. En la Figura 4.1 se puede apreciar el entorno de desarrollo del
MPLAB.
Figura 4.1
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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4.1.1 DESCRIPCIN DEL SOFTWARE
Las lneas de este programa tienen por objeto, tomar datos analgicos que
captura el sensor, introducirlos al microprocesador por el canal analgico
seleccionado y convertirlos a datos de tipo digital a travs del conversor A/D que
posee el microcontrolador, para ser enviados al PC por puerto serial y utilizando
comunicacin asncrona. Este proceso se realiza cada 0.1 segundos, por un lapso
de tiempo de 1 minuto para una muestra, con lo que se obtienen muestras de 600
muestras.
A continuacin se d una explicacin ms detallada del programa:
Se configuran las lneas de las Puertas A, B y C del microprocesador,
utilizando los registros PORT A, PORT B, PORT C, TRIS A, TRIS B, TRIS C; en
la siguiente forma:
RB7, RB6, RB5, RB4 como salidas y RB3, RB2, RB1 y RB0 como entradas
RA7, RA6 como salidas y RA5, RA4, RA3, RA2, RA1, RA0 como entradas
RC7 como entradas y RC6, RC5, RC4, RC3, RC2, RC1, RC0 como salidas
Se carga en el registro SPRG un valor tal que determine una frecuencia en
baudios de 9600 bits/segundo. Este valor se encuentra a partir de la formula:
Frecuencia en Baudios = FOSC. / (K. (X + 1))
Despejando el valor de X tenemos:
X = KFrecuencia
KFrecuencia)Fosc(
Donde:
Fosc = 20 MHz
Frecuencia = 9600 baudios / segundo
K = 16 (alta velocidad)
Con lo que se obtiene:
X= 129 Valor a cargar en el registro SPBRG
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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Utilizando el registro PIE 1 se habilita el permiso de interrupcin para el
receptor del USART cuando el buffer se llena.
Utilizando el registro TXSTA se selecciona la transmisin de 8 bits, y se
activa la transmisin de modo asncrono utilizando alta velocidad de
comunicacin.
Manipulando el registro ADCON 1 se justifica el resultado de la conversin
analgica/digital en el registro ADRESL y se configura AN0/RA0 como entrada
analgica.
Se habilita el puerto serie (se configuran las patitas RC7/RX/DT y
RC6/TX/CK), y el modo de recepcin continua, para lo cual se utiliza el registro
RCSTA.
Se habilitan interrupciones de tipo global y de recepcin utilizando el
registro INTCON
Se configura el funcionamiento de los pulsantes ON y OFF que se unen a
RB0/INT y RB1 respectivamente, de forma que cuando se pulse ON comience la
trama de 600 datos, y cuando se pulse OFF se detenga el programa.
Se activa el conversor A/D y se selecciona el canal 0 (RA0/AN0) como
ingreso de la seal analgica a convertir., utilizando el registro ADCON 0.
A continuacin hay una llamada a rutina de adquisicin anloga en la que
se da inicio a la conversin poniendo a 1 el bit GO/DONE # del registro ADCON 0,
la cual dura mientras permanezca a 1 dicho bit. Cuando el bit GO/DONE pasa a
cero se confirma el final de la conversin y la puesta del resultado en la pareja de
registros ADRESH:ADRESL. El valor de estos registros se carga en el registro
CONVE.
Es necesario sealar que los microcontroladores PIC 16F870 poseen un
conversor A/D de 10 bits de resolucin y 8 canales de entrada.
La resolucin que posee cada bit procedente del proceso de conversin
tiene un valor que esta en funcin del voltaje de referencia, como se puede
apreciar en la siguiente frmula:
Resolucin = (Vref + -Vref -) / 1024 = Vref / 1024
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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Teniendo en cuenta que Vref + = 5V y Vref- es tierra la resolucin es de
4.8 mV / bit, por tanto a la entrada de 0V le corresponde una digital de 00 0000
0000 y para la de 5V una de 11 1111 1111.
El dato digitalizado a transmitir se deposita en el registro TXREG y a
continuacin se desplaza al registro de desplazamiento TSR que va sacando los
bits en forma secuencial y a una frecuencia previamente establecida, con lo que
empieza la transmisin serial.
Posteriormente se hace un llamada a la rutina dseg (dcima de segundo),
de forma que el proceso que va desde la adquisicin de datos hasta el envo se
realice cada 0.1 segundos durante el tiempo de un minuto, con lo que se obtienen
muestras de 600 datos.
Una vez tomada una muestra, transcurren 0.2 segundos para que se vuelva
a tomar otra muestra automticamente.
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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4.1.2 DIAGRAMA DE FLUJO 4.1.2.1 PROGRAMA PRINCIPAL
Figura 4.2
Figura 4.2
INICIO
Configuracin de Puertas A, B y C
Seleccin de Comunicacin Serie Asncrona a 9600 baudios
Habilitacin del Puerto Serie y Modo
de Recepcin Continua
Habilitacin de Interrupciones de tipo global y de recepcin
RB0=1
STAR
Captura del dato analgico
Conversin del dato analgico a digital
Envo del dato digitalizado al PC
RB1=0 STOP
Se detiene el proceso de captura,
conversin y envo de datos
SI
NO
SI
NO
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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4.1.2.2 RUTINA DE CONVERSIN ANALGICA/DIGITAL Figura 4.3
Figura 4.3
INICIO
Seleccin del canal analgico
ADON = 0
Activacin d el Conversor A/D
GO/DONE = 0
Inicia Conversin A / D
Fin de la Conversin A/D GO/DONE = 0
Adquisicin por el canal seleccionado
NO
NO
SI
SI
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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4.2 SOFTWARE DE ALMACENAMIENTO Y ANLISIS DE DATOS
El software de almacenamiento y anlisis de datos se realiza en el
programa VISUAL BASIC, por lo interactivo y fcil que resulta trabajar en este
programa. En la Figura 4.3 se puede apreciar el entorno de desarrollo del VISUAL
BASIC
Figura 4.3
4.2.1 DESCRIPCIN DEL SOFTWARE
El diseo de este programa tiene por finalidad, realizar el anlisis de datos
que se han enviado al PC, para lo cual primeramente procede a graficar los datos
recibidos en un sistema de ejes coordenados amplitud vs tiempo, resultando de
esto una curva que se prolonga en el tiempo. A continuacin procede a
determinar la frecuencia que posee la curva puesto que esta representa una
vibracin. Adems el programa ofrece la posibilidad de graficar la curva ideal del
movimiento libre amortiguado ingresando los datos caractersticos del sistema de
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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suspensin en anlisis como masa que soporta la suspensin, el coeficiente de
elasticidad del muelle, el coeficiente de amortiguamiento, la frecuencia ideal, con
lo cual se puede realizar un anlisis comparativo entre esta curva y la graficada
con los datos procedentes del microcontrolador.
A continuacin se da una explicacin mas detallada del programa:
El programa consta de un proyecto denominado Resorte, el cual a su vez
esta conformado por tres formularios denominados DialogRegistos, fmrOptions,
y principal; adems existe un modulo denominado Module 1.
Se procede primeramente a la etapa de diseo, en la que se crea el
entorno del archivo ejecutable, es decir la ventana de aplicacin del programa,
para lo cual se colocan los controles que permitirn realizar acciones al usuario
(eventos).
A continuacin se programa el Cdigo en cada uno de los controles de
forma que realice las acciones adecuadas en respuesta a los eventos o acciones
que realice el usuario y se les asigna propiedades individuales de acuerdo a la
funcin a cumplir. Dentro de estas propiedades tenemos: Caption, que es lo que
aparece escrito en el control; Left y Top, que son referentes a su posicin; Height
y Width, referentes a su apariencia externa; Enabled, que determina si en un
momento dado puede ser pulsado o no, etc.
Seguidamente se tiene una descripcin de los controles
RECIBIR Y GRAFICAR (Command Button): Representa grficamente
cada dato transmitido hacia la computadora.
PARAR (Command Button): Interrumpe el proceso de graficacin.
GRABAR (Command Button): Guarda los cambios que se realizan en la
pantalla de visualizacin del programa.
BORRARA PANTALLA (Command Button): Elimina cualquier grafica que
se encuentre en los ejes coordenados Amplitud vs. Tiempo.
ABRIR GRAFICO (Command Button): Permite presentar en pantalla las
muestras de datos que se hayan tomado y que son grabadas automticamente.
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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ANALIZAR (Command Button): Al hacer click sobre este control se
obtiene dos valores de amplitudes Y1 y Y2, y el valor de frecuencia de la muestra.
SIMULAR (Command Button): Graficar la curva correspondiente al
movimiento amortiguado regido por la ecuacin: ( )Seney)t(y dtt)m2/c(0 +=
El valor de la amplitud y0 , de la masa m, de la frecuencia f, del angulo de
fase se ingresan por parte del usuario en las cajas de texto (Text Box)
diseadas para tal efecto.
El valor de la constante de amortiguamiento c es calculada
automticamente en base a la formula de decrecimiento logartmico:
2
2
2
)2y
1y(ln4
mk4*)2y
1y(ln
c
+
=
Donde los valores de y1 y y2 que son resultado del proceso de anlisis se
cargan automticamente en una caja de texto y el valor de K (modulo del resorte)
se ingresa manualmente de igual forma en una caja de texto.
La grafica de simulacin puede representarse en cuatro colores diferentes
rojo, azul, verde y violeta, accin que esta configurada utilizando los controles
Option Button.
Otros controles que se debe tener en cuenta son la caja de texto en donde
se visualiza cada 0.1 segundos nmeros secuencialmente que representan cada
dato.
Adems existe una barra de progreso que indica el estado de recepcin de
datos.
En la Figura 4.3 se puede observar el entorno visual del software
conjuntamente con la designacin del tipo de controles utilizados en el diseo.
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Diseo e Implementacin del Software de Adquisicin, Almacenamiento y Anlisis
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Figura 4.4
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Pruebas de Funcionamiento
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PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
El desarrollo de este captulo es de gran importancia, por cuanto nos
permite conocer el desempeo de todo el sistema que se ha diseado, en base a
lo cual se podr realizar cambios, correcciones y mejoras en caso de ser
necesarias. Adems al obtenerse resultados, nos permite realizar un anlisis de
los mismos con lo cual se determina el estado de un sistema de suspensin.
Las pruebas de funcionamiento se realizan sobre una maqueta que simula
el sistema de suspensin de un vehculo.
5.1 DISEO Y CONTRUCCIN DE LA MAQUETA
5.1.1 CARACTERSTICAS DE LA MAQUETA
5.1.1.1 Materiales utilizados
Tubo rectangular de 2 pulg. ancho / 6m largo / 1 pulg. espesor, con
espesor de material de 1.2 mm.
Tubo cuadrado pulg. ancho / 91 cm. longitud con espesor de material de
1.2 mm.
Tubo redondo = 1 pulg. / 17 cm. longitud con espesor de material de
1.2mm.
Plancha corrugada 28cm. ancho / 33cm. largo con espesor de material de
2mm.
Platinas de sujecin 3 cm. ancho / 6.5cm. largo con agujeros de = 8mm
Bridas de sujecin pulg. ancho, con espesor de material de 1/8 pulg. y
agujeros de = pulg.
Angulo de 1 pulg. ancho / 2m. largo con espesor de material de 1/8 pulg.
Angulo de 1 pulg. ancho / 2.20 m largo con espesor de material de 1/8
pulg.
Base circular concntrica
Electrodo para suelda 60-11.
Disco abrasivo A24 R-BF
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Pruebas de Funcionamiento
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Lija para hierro nmero 3
Esmaltes sintticos multicolores
5.1.2 PROCESO DE CONSTRUCCIN
Se realiza una diagrama esquemtico en el que consten las medidas reales
que va ha tener la maqueta.
Se corta el material de acuerdo al diagrama esquemtico utilizando una
cortadora elctrica. Se realizan cortes a 45 grados y a 90 grados.
Se procede al montaje y unin de las distintas partes utilizando suelda
elctrica con electrodo 60-11
Se procede a esmerilar para eliminar los residuos de suelda para lo cual se
utiliza un disco abrasivo A24 R-BF
Se lija la maqueta para eliminar imperfecciones de la superficie utilizando
lija para hierro numero 3
Se desengrasa utilizando desoxidante
Se procede a fondear la estructura completa con pintura anticorrosivo, para
luego realizar el proceso de pintado con esmaltes sintticos multicolores.
Figura 5.1
Figura 5.1
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Pruebas de Funcionamiento
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5.2 DETERMINACIN DEL COEFICIENTE DE ELASTICIDAD DEL
MUELLE
Se procedi a seleccionar muelles de distintos vehculos tanto de la
suspensin delantera como trasera.
La determinacin del coeficiente de elasticidad de los muelles, se realiz en
el laboratorio de la Universidad Tcnica Particular de Loja en una prensa
electrnica, por medio de la aplicacin de cargas, y midiendo la deformacin
correspondiente a dichas cargas. Ver figura 5.2 y 5.3
Figura 5.2
Figura 5.3
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Pruebas de Funcionamiento
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Los resultados se detallan en la Tabla 5.1
Tabla 5.1 Resultados Determinacin de Coeficientes de Elasticidad. UTPL
Identificacin de la muestra
Dimetro del
resorte (mm)
Longitud inicial (mm)
Longitud final (mm)
Deformacin (mm)
Carga Aplicada
(KN)
Factor K (N/m)
Muelle 1 120 313 264 49 2.744 56000
Muelle 2 140 302 217 85 2.646 31129.41
Muelle 3 110 316 266 50 1.862 37 240
Muelle 4 110 296 258 38 2.058 54157.9
Una vez concluida la determinacin de los coeficientes de elasticidad de los
muelles, se tuvo que volver a realizar las pruebas, debido a que el hecho de haber
cortado las longitudes iniciales para que puedan ser acoplados en la prensa
electrnica indujo errores.
Las nuevas pruebas se realizaron en el Laboratorio de Ensayos de la
Universidad Politcnica Salesiana de Cuenca., procedindose a determinar el
coeficiente de elasticidad del muelle a ser montado en la maqueta
correspondiente a un sistema de suspensin delantera, para lo cual se utiliz una
prensa electrnica de mayores dimensiones. Figura 5.4, de forma que permita
acoplar el muelle con su longitud inicial original.
Figura 5.4
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Pruebas de Funcionamiento
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Los resultados se detallan en la Tabla 5.2
Tabla 5.1 Resultados Determinacin de Coeficiente de Elasticidad del Muelle. UPS
Identificacin de la muestra
Dimetro del
resorte (mm)
Longitud inicial (mm)
Longitud final (mm)
Deformacin (mm)
Carga Aplicada
(KN)
Factor K (N/m)
Muelle 1 145 370 303.79 66.21 1.1 16630.80
En la Figura 5.5 se muestran los resultados presentados en el monitor de la
prensa electrnica.
Figura 5.5
5.3 MONTAJE DEL MUELLE
El montaje del muelle se realiza manualmente, por medio de las bridas de
sujecin empernadas. El muelle montado posee las siguientes caractersticas:
Longitud Libre: Lo=370mm
Paso: 69mm
Dimetro del alambre d =13mm
Coeficiente de elasticidad K = 16330.80 N/m
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Pruebas de Funcionamiento
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5.4 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
5.4.1 PRUEBAS DEL SENSOR
Estas pruebas tienen por finalidad determinar las caractersticas del sensor,
es decir determinar la variacin de voltaje correspondiente a una variacin de
distancia entre emisor y receptor.
Para realizar estas pruebas se construy el circuito de conexin del sensor
en un project board, calibrando los potencimetros a un valor resistivo cercano a
0 y procediendo a alejar milmetro a milmetro el emisor del receptor; verificando
el valor del voltaje con ayuda de un multmetro. Las pruebas se realizaron en un
espacio sin presencia de luz.
En la Tabla 5.3 y en la Figura 5.6 se detallan y se representan los
resultados respectivamente.
Tabla 5.3 Resultados Pruebas del Sensor
Distancia (mm) Voltaje (mm)
0 7.2
1 8.4
2 9.3
3 10
4 10.5
5 10.96
6 11.3
7 11.6
8 11.8
9 11.9
10 12
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Pruebas de Funcionamiento
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Curvas de Respuesta Distancia-Voltaje
7
7,5
8
8,5
9
9,5
10
10,5
11
11,5
12
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Distancia (mm)
Vo
lta
je (
V)
Figura 5.6
5.4.2 PRUEBAS DEL SISTEMA ELECTRNICO
Este tipo de pruebas tienen por finalidad verificar el correcto funcionamiento
de los componentes electrnicos, as como tambin que los valores de voltaje
sean los adecuados.
Se procede a verificar el valor del voltaje de ingreso, utilizando un
multmetro cuyas puntas de prueba se aplican sobre uno de los terminales
del conector power jack y a masa. Este valor corresponde a 13.22 V.
Se verifica el rizado de la fuente utilizando el osciloscopio, para lo cual se
conectan los terminales de la sonda del osciloscopio a ti
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