CONTROL DE ENSAYOS EN MAQUINA DE CHARPY MEDIANTE UN GLCD Y UN TECLADO MATRICIAL.1. MARCO TEORICO.1.1. Microcontrolador http://www.electronicaestudio.com/microcontrolador.htmEs un circuito integrado que contiene una unidad central de procesamiento (CPU), unidades de memoria (RAM y ROM), puertos de entrada/salida y perifricos, vase Figura 1. Estas partes estn interconectadas y en conjunto forman lo que se le conoce como microcomputadora. Se puede decir que un microcontrolador es una microcomputadora completa encapsulada en un circuito integrado.

Figura 1: Arquitectura de un microcontrolador.El propsito fundamental de los microcontroladores es leer y ejecutar los programas que el usuario le escribe, es por esto que la programacin es una actividad indispensable cuando se disean circuitos y sistemas que los incluyan. El carcter programable de los microcontroladores simplifican el diseo de circuitos electrnicos, permiten modularidad y flexibilidad.Las aplicaciones de los microcontroladores son vastas, se puede decir que solo estn limitadas por la imaginacin del usuario. Es comn encontrar microcontroladores en campos como la robtica y el automatismo, en la industria del entretenimiento, etc.1.1.1. CMO ELEGIR UN MICROCONTROLADOR?Antes de empezar a disear un dispositivo basado en un microcontrolador se debe tomar en cuenta lo siguiente: Cuntas entradas/lneas necesita para su funcionamiento Realizara el dispositivo varias operaciones. Necesita mdulos especializados, como el de comunicacin en serie. Se necesita convertidores Aalogos/Digitales. 1.1.2. MICROCONTROLADORES PICEl nombre verdadero de este microcontrolador es PICmicro (Peripheral Interface Controller), conocido bajo el nombre PIC. Su primer antecesor fue creado en 1975 por la compaa General Instruments. Este chip denominado PIC1650 fue diseado para propsitos completamente diferentes. Diez aos ms tarde, al aadir una memoria EEPROM, este circuito se convirti en un verdadero microcontrolador PIC. Todos los microcontroladores PIC utilizan una arquitectura Harvard, lo que quiere decir que su memoria de programa est conectada a la CPU por ms de 8 lneas. Hay microcontroladores de 12, 14 y 16 bits, dependiendo de la anchura del bus, vase Figura 2.

Figura 2: Familia de microcontroladores PIC.Como se puede ver en la tabla de la pgina anterior, salvo los microcontroladores de 16 bits PIC 24FXXX y PIC 24HXXX, todos los microcontroladores tienen la arquitectura Harvard de 8 bits y pertenecen a una de las tres grandes grupos. Por eso, dependiendo del tamao de palabra de programa existen la primera, la segunda y la tercera categora de microcontroladores, es decir microcontroladores de 12, 14 o 16 bits.1.2. Teclado Matricial 4x4

Figura 3: Presentacin comercial del teclado Matricial 4x4El teclado matricial 4x4 est constituido por una matriz de pulsadores dispuestos en 4 filas y 4 columnas, ver Figura 3, con la intencin de reducir el nmero de pines necesarios para su conexin. Las 16 teclas necesitan slo 8 pines del microcontrolador, en lugar de los 16 pines que se requeriran para la conexin de 16 teclas independientes.

Figura 4: Diagrama general de un teclado matricial 4x41.3. Pantalla grafica de cristal lquido(GLCD) (http://es.wikipedia.org/wiki/Pantalla_gr%C3%A1fica_de_cristal_l%C3%ADquido)Una pantalla grfica de cristal lquido o GLCD (acrnimo del ingls Graphic Liquid Crystal Display) est formada por una matriz de pxeles monocromos colocados delante de una fuente de luz o reflectora, generalmente de luz verde o amarilla (). Existen versiones de pantallas con diferentes controladores embebidos, como el Samsung KS0107, Samsung KS0108 o el Toshiba T6963.

Figura 5: Glcd 128x64.Se caracteriza por su bajo consumo, fcil manejo con microprocesadores de 8-Bits, memoria RAM interna del mismo tamao de la pantalla, es decir si una pantalla de 128 pixeles de largo por 64 pixeles de alto tiene una memoria RAM interna de la misma capacidad (128x64).1.4. SensoresEs un dispositivo capaz de detectar magnitudes fsicas o qumicas, llamadas variables de instrumentacin, y transformarlas en variables elctricas. Las variables de instrumentacin pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumnica, distancia, aceleracin, etc. En la siguiente tabla se indican los sensores electrnicos usados con mayor frecuencia.MagnitudTransductorCaracterstica

Posicin lineal o angularPotencimetroAnalgica

EncoderDigital

MagnetorresistivosAnalgica

LVDTAnalgica

Velocidad lineal y angularEncoderDigital

RVDTAnalgica

Girscopo

AcelermetroAnalgico

PresinPiezoelctricosAnalgica

TermoparAnalgica

TemperaturaRTDAnalgica

InductivosI/0

Sensores de presenciaCapacitivosI/0

pticosI/0 y Analgica

Matriz de contactosI/0

Sensores tctilesPiel artificialAnalgica

Sensor final de carrera

Sensor de proximidadSensor capacitivoAnalgica

Sensor inductivoAnalgica

Sensor fotoelctricoAnalgica

1.4.1. Encoder incrementalUn codificador rotatorio, tambin llamado codificador del eje o encoder, es dispositivo electromecnico usado para convertir la posicin angular de un eje a un cdigo digital, lo que lo convierte en una clase de transductor. Hay dos tipos principales: absoluto e incremental (relativo).

Figura 6: Encoder incremental presentacion comercialEl encoder incremental (Figura 6) utiliza un disco unido al eje, este disco es pequeo marcado con una gran cantidad de lneas de la parte radial como los radios de una rueda. El interruptor ptico, parecido a un fotodiodo, genera un pulso elctrico cada vez que una de las lneas pase a travs de su campo visual. Este sistema, en su forma ms simple, no puede medir el ngulo absoluto del eje. Puede medir solamente el cambio en ngulo. Ademas, este sistema no puede decir en qu direccin est rotando el eje. Para elllo, el sensor ptico se debe aumentar a dos sensores colocados en ngulos diversos alrededor del eje. La direccin de rotacin se puede deducir en orden en la cual los dos sensores detecten cada lnea radial. Este tipo de codificador se conoce como codificador de la cuadratura.1.5. Comunicacin SerialDebido a que el estndar del puerto serial se mantiene desde hace muchos aos, la institucin de normalizacin americana (EIA) ha escrito la norma RS-232-C que regula el protocolo de la transmisin de datos, el cableado, las seales elctricas y los conectores.La comunicacin realizada con el puerto serial es asincrona. Para la sincronizacin de una comunicacin se precisa siempre de un bit adicional a travs del cual el emisor y el receptor intercambian la seal del pulso. Pero en la transmisin serial a travs de un cable de dos lneas esto no es posible ya que ambas estn ocupadas por los datos y la tierra. Por este motivo se intercalan antes y despus de los datos de informacin de estado segn el protocolo RS-232. Esta informacin es determinada por el emisor y el receptor al estructurar la conexin mediante la correspondiente programacin de sus puertos seriales. Esta informacin puede ser: Bit de inicio: Indica al receptor cuando inicia la transmisin de datos, y entonces debe leer las seales a distancias concretas de tiempo, en funcin de la velocidad determinada. Bit de parada: Indica la finalizacin de la transmisin de una palabra de datos. El protocolo de transmisin de datos permite 1, 1.5 y 2 bits de parada. Bit de paridad: sirve descubrir errores en la transmisin. Se puede dar paridad par o impar. 1.5.1. EL PROTOCOLO RS-232.Consiste en un conector tipo DB-25 de 25 pines, aunque es normal encontrar la versin de 9 pines DB-9, ms barato e incluso ms extendido para cierto tipo de perifricos (ver Figura 7). En cualquier caso, los PCs no suelen emplear ms de 9 pines en el conector DB-25. Las seales con las que trabaja este puerto serial son digitales, de +12V (0 lgico) y -12V (1 lgico), para la entrada y salida de datos, y a la inversa en las seales de control. El estado de reposo en la entrada y salida de datos es -12V. Dependiendo de la velocidad de transmisin empleada, es posible tener cables de hasta 15 metros.

Figura 7: Pines ms importantes del conector DB-92. DISEO DEL SISTEMA DE CONTROL Y SELECCIN DE COMPONENTES ELECTRNICOS.2.1. Parmetros de diseo de la aplicacin de control.La aplicacin que se diseara para el martillo de charpy deber permitir: Monitorear la posicin angular, velocidad tangencial, energa potencial, energa cintica y la energa perdida durante el ensayo. Visualizar y Modificar parmetros que influyen en el ensayo, tales como: masas del martillo, longitud del pndulo y el ngulo inicial de ensayo. Informacin de ayuda para el correcto manejo de la aplicacin. Comunicacin con el PC para visualizar resultados del ensayo.2.2. Diseo de la aplicacin de control.De acuerdo a los parmetros vistos en la seccin anterior, la aplicacin se diseara en base a un microcontrolador, al cual se ingresara datos por medio de un teclado matricial de 4x4, para una posterior visualizacin de datos y variables del ensayo mediante un GLCD de 128x64.El microcontrolador permitir navegar entre 4 mens:Men Principal: Pantalla principal de la aplicacin, la cual mostrara todas las opciones que ofrece la aplicacin.Men Test: Pantalla de monitoreo de variables de posicin, velocidad tangencia y energa de los ensayos de tenacidad. Este men tendr las opciones de iniciar/pausar un ensayo, y resetear las variables monitoreadas.Men Setup: Pantalla de configuracin de parmetros del ensayo, tales como la masa del martillo (unidad especificada en kilogramos), la longitud eficaz del brazo (unidad especificada en metros) del pndulo de charpy y el ngulo inicial del ensayo (unidad especificada en grados).Menu Help: Pantalla con informacin concisa acerca del manejo y funcionamiento de la aplicacin.Menu About: Pantalla con informacin acerca de los autores de la aplicacin y el ensayo de charpy.2.3. Diagrama elctrico de la placa principal.Una vez establecido el diseo de la aplicacin se procede a realizar el diagrama elctrico de la aplicacin, el cual se muestra en la Figura 8.

Figura 8: Diagrama de conexione de la placa principal2.4. Simulacin de la placa principal.2.5. Diseo de la placa PCB para la placa principal.2.6. Algoritmo de la aplicacin de control.3. IMPLEMENTACIN DEL SISTEMA DE CONTROL3.1. Conexiones elctricas y electrnicas3.2. Implementacin de la aplicacin de control en la maquina3.3. Pruebas de la aplicacin diseada.