desarrollo de un sistema de control para motores …
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REPUBLICA DE VENEZUELA UNIVERSIDAD DR. RAFAEL BELLOSO CHACIN
FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA DE COMPUTACIÓN
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PARA MOTORES PASO A PASO COMO
HERRAMIENTA EDUCATIVA EN EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA
FACULTAD DE INGENIERIA DE LA U.R.B.E
TRABAJO ESPECIAL DE GRADO PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO EN COMPUTACIÓN
PRESENTADO POR: BR. SANTOS, PERFECTO BR. CHIRINOS, PEDRO
ASESORADO POR: LIC. YANDIRA NEGRETTI
ING. PEDRO ROMERO
M ARACAIBO, AGOSTO DE 1999
DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PARA MOTORES PASO
A PASO COMO HERRAMIENTA EDUCATIVA EN EL LABORATORIO
DE ELECTRONICA DE LA FACULTAD DE INGENIERIA DE LA
U.R.B.E
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A DIOS, por cuidarnos, apoyarnos e iluminarnos el camino, aunque a veces nos olvidamos de él.
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RESUMEN
SANTOS, PERFECTO; CHIRINOS, PEDRO. (DESARROLLO DE UN SISTEMA DE CONTROL PARA MOTORES PASO A PASO COMO HERRAMIENTA EDUCATIVA PARA EL LABORATORIO DE ELECTRÓNICA DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA U.R.B.E.) Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín. Facultad de Ingeniería. Escuela de Computación. Tesis de Grado. 2000. El propósito de esta investigación fue desarrollar una tarjeta controladora como interfaz entre un computador y los motores paso a paso. La finalidad de este prototipo, es permitir a los estudiantes de la Universidad Dr. Rafael Belloso Chacín profundizar sus conocimientos sobre los motores paso a paso. El estudio se considera de tipo aplicado según su propósito, descriptivo según su metodología de estudio el cual busca describir características fundamentales de grupos homogéneos de fenómenos y tecnológica ya que está orientada a buscar una nueva herramienta de estudio. La investigación consistió en desarrollar una tarjeta capaz de controlar la posición y movimientos de motores paso a paso. Para esto, la tarjeta recibe la información proveniente del programa asistido por el computador y de acuerdo a los datos obtenidos y a su propia programación, ofrece las señales de salida correspondiente a los motores paso a paso. El desarrollo del proyecto abarcó la concepción del diseño, los estudios de factibilidad, la construcción de la tarjeta y las pruebas necesarias para comprobar el funcionamiento en conjunto. Todo este proceso, metodológicamente, se divide en cuatro etapas: Definición del diseño, Subdivisión del mismo, Creación de la documentación requerida y Construcción del prototipo.
ABSTRACT SANTOS, PERFECTO; CHIRINOS, PEDRO. (DE SYSTEM CONTROL FOR The LEARNING And DEL TRAINING USES DE MOTORS PASS To PASS). University Dr. Rafael Belloso Chacín. Faculty of engineering. School of computation. Thesis of grade. 1999 The purpose of this investigation was develop the a card controlled like interfaz between a counter and the motors pass to pass. The [finalidad] of this card, is to permit to the students of the Dr university. Rafael Belloso Chacín fathom their know-how on the motors I pass to pass. The study is considered of type applied according to their purpose and descriptive according to their methodology of study. The investigation consisted of developing a capable card of controlling the position and movements of motors pass to pass. For this, the card receives the information provenience of the program assisted by the counter and according to the gotten facts and to their own code, offer the signs of leaving corresponding I to the motors pass to pass. The development of the project undertook the conception of the design, the studies of [factibilidad], the construction of the card and the necessary tests in order to check the operation on the whole. All this process, [metodológicamente], divides in five stages: Definition of the design, subdivision of the same, creation of the required documentation, construction of the prototype and conclude the prototype. Development from a system of a system of control for motors passes to pass like educational tool in the laboratory of electronics of the faculty of engineering of the URBE
ÍNDICE GENERAL
páginas
DEDICATORIA ....................................................................................... 1
AGRADECIMIENTOS ........................................................................... 2
RESUMEN ............................................................................................... 3
ÍNDICE GENERAL ................................................................................ 4
ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................. 8
ÍNDICE DE FIGURAS ........................................................................... 9
INTRODUCCIÓN ................................................................................... 10
CAPÍTULO I: EL PROBLEMA ............................................................ 12
A.- Planteamiento del Problema ................................................................ 13
1.- Formulación del Problema ............................................................ 15
B.- Objetivos de la Investigación ............................................................... 15
1.- Objetivo General ........................................................................... 15
2.- Objetivos Específicos .................................................................... 15
C.- Justificación de la Investigación .......................................................... 16
D.- Delimitación de la Investigación ......................................................... 17
CAPÍTULO II: MARCO TEÓRICO .................................................... 18
A.- FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA ..................................................... 19
1.- Sistemas de Control ........................................................................ 19
1.1.- Evolución Histórica ................................................................ 19
1.2.- Definición ............................................................................... 23
1.3.- Tipos de Sistemas de Control ................................................. 23
1.3.1.- Sistema de Lazo Abierto ............................................ 23
1.3.2.- Sistema de Lazo Cerrado ............................................ 24
1.3.3.- Retroalimentación ....................................................... 25
1.3.4.- Sistema de Lazo Cerrado vs. Lazo Abierto ............... 25
Páginas
1.4.- Metodología Utilizada ............................................................ 26
1.5.- Características de un buen Sistema ........................................ 29
1.6.- Modos de Control .................................................................. 29
1.7.- Controles Analógicos ............................................................. 33
1.7.1.- Analogía Mecánica-Eléctrica ...................................... 34
1.7.2.- Analogía Fuerza-Voltaje ............................................. 34
1.7.3.- Analogía Fuerza-Corriente .......................................... 34
1.8.- Controles Digitales ................................................................. 35
2.- Tarjeta Controladora ............ .......................................................... 36
2.1.- Definición .................. ............................................................ 36
2.2.- Características ......................................................................... 37
2.3.- Periférico Programable (8255) ............................................... 38
2.3.1.- Definición .................................................................... 38
2.3.2.- Características .............................................................. 38
3.- Motores ........................................................................................... 39
3.1.- Definición y Arranque ............................................................ 39
3.2.- Tipos de Motores .................................................................... 39
3.2.1.- Motor de Corriente Continua ....................................... 40
3.2.2.- Motor de Corriente Alterna ......................................... 42
3.3.- Sistema de Arranque de Motores ........................................... 43
3.4.- Elementos de Protección para Motores .................................. 45
4.- Motores Paso a Paso ....................................................................... 46
4.1.- Definición ............................................................................... 46
4.2.- Tipos de Motores Paso a Paso ................................................ 46
4.3.- Principios del Funcionamiento de los Motores Paso a Paso .. 47
4.4.- Modo de Funcionamiento de los Motores Paso a Paso .......... 48
Páginas
5.- Interfaz ............................................................................................ 48
5.1.- Definición ............................................................................... 48
5.2.- Tipos ....................................................................................... 49
5.2.1.- Interfaz de Hardware ................................................... 49
5.2.2.- Interfaz de Software .................................................... 49
5.2.3.- Interfaz de Usuario ...................................................... 49
5.3.- Diseño y Construcción de Interfases ...................................... 49
5.4.- Propósito de una Interfaz ........................................................ 50
B.- REVISIÓN DE LA LITERATURA .................................................... 51
C.- DEFINICIÓN DE TÉRMINOS BÁSICOS ......................................... 53
D.- SISTEMA DE VARIABLES .............................................................. 57
CAPÍTULO III: MARCO METODOLÓGICO ................................... 59
A.- TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................. 60
B.- METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ................................... 61
C.- MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS ...................................... 62
CAPÍTULO IV: RESULTADOS ........................................................... 64
A.- PROPUESTA DEL DISEÑO .............................................................. 65
1.- Objetivos del Diseño ...................................................................... 65
2.- Estudio de la Factibilidad ............................................................... 67
B.- DESARROLLO OPERACIONAL ...................................................... 69
1.- FASE I: Definición del Diseño de la Tarjeta .................................. 69
2.- FASE II: Subdivisión del Diseño ................................................... 70
3.- FASE III: Documentación .............................................................. 71
3.1.- Periférico Programable 8255 .................................................. 71
3.2.- Descripción de pines ............................................................... 72
3.3.- Funcionamiento del 8255 ....................................................... 73
3.4.- Modos de Funcionamiento ..................................................... 74
Páginas
3.4.1.- Modo 0 ......................................................................... 74
3.4.2.- Modo 1 ......................................................................... 75
3.4.3.- Modo 2 ......................................................................... 76
4.- Comparador 74HC688 .................................................................... 80
4.1.- Descripción General ............................................................... 80
4.2.- Características ......................................................................... 80
5.- Funcionamiento del Circuito .......................................................... 81
6.- Programación .................................................................................. 87
6.1.- Software del Computador ....................................................... 87
7.- Pruebas del Sistema ....................................................................... 93
C.- DISCUSIÓN DE RESULTADOS ....................................................... 93
CONCLUSIONES ..................................................................................... 94
RECOMENDACIONES ............................................................................ 95
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...................................................... 96
ANEXOS ................................................................................................... 97
ÍNDICE DE TABLAS
Páginas
Tabla No. 1 Dirección del Puerto .............................................................. 39
Tabla No. 2 Costo de la Tarjeta ................................................................. 68
Tabla No. 3 Conexión del Puerto A ........................................................... 82
Tabla No. 4 Conexión del Puerto B ........................................................... 83
Tabla No. 5 Conexión del Puerto C ........................................................... 83
Tabla No. 6 Movimiento del Motor Unipolar en Sentido Horario ............ 84
Tabla No. 7 Movimiento del Motor Unipolar en Sentido Antihorario ...... 85
Tabla No. 8 Movimiento del Motor Bipolar en Sentido Horario .............. 86
Tabla No. 9 Movimiento del Motor Bipolar en Sentido Antihorario ........ 86
ÍNDICE DE FIGURAS
Páginas
Figura No. 1 Diagrama de Flujo de la Metodología .................................. 28
Figura No. 2 Comunicación del Diseño con el Exterior ............................ 66
Figura No. 3 Subdivisión del Diseño ......................................................... 70
Figura No. 4 Distribución de pines del 8255 ............................................. 79
Figura No. 5 Software de Prueba ............................................................... 88
Figura No. 6 Diagrama de Flujo del Programa .......................................... 90
Figura No. 7 Diagrama de Flujo de Parámetro .......................................... 91
Figura No. 8 Diagrama de Flujo de Movimiento ....................................... 92
INTRODUCCIÓN
El auge de las nuevas tecnologías en los últimos años está abarcando todos los campos de estudio. La computación como simple descubrimiento para fines
científicos se ha convertido en una tecnología para suministrar información, abriendo paso a la optimización de los procesos y a una nueva era de automatización.
Particularmente, la educación ha sido víctima del surgimiento de nuevas
tendencias tecnológicas. Debido a la incorporación de nuevas herramientas que
permiten acelerar y automatizar el proceso de aprendizaje.
El propósito del presente trabajo de investigación es diseñar y desarrollar un
prototipo de una tarjeta electrónica capaz de controlar el movimiento de los motores
paso a paso, la cual brinda una alternativa, al momento de estudiar el comportamiento
de estos motores o desarrollar un proyecto relacionado con el mismo.
La tarjeta controladora es desarrollada con tecnología INTEL, específicamente
con el periférico programable 8255, el cual es el componente principal de la tarjeta.
La investigación se encuentra estructurada metodológicamente en cuatro (4)
capítulos, los cuales son:
Un primer capítulo en donde se plantea el objeto de estudio de esta
investigación, el problema; se describen las razones para su realización así como los
objetivos que se persiguen y la delimitación del mismo.
____________________________________________________________________
En el segundo capítulo se presenta la fundamentación teórica necesaria para
sustentar el estudio. También se define la variable de investigación y se realiza una
revisión literaria de los trabajos anteriores útiles a los propósitos de la misma.
El tercer capítulo ubica la presente investigación de acuerdo a su metodología
y describe los materiales y equipos utilizados para la construcción de la tarjeta.
Por último, el cuarto capítulo describe desde el desarrollo de la tarjeta
controladora, sus elementos, la programación que la controla hasta su construcción
para las pruebas finales.