informe panel inteligente
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA
PROYECTOS
DISEÑO E IMPLEMENTACION DE UN LETRERO LUMINOSO DINAMICO E INTELIGENTE PARA EL USO DE TRANSPORTE
PÚBLICO EN LA CIUDAD DE AREQUIPA
Autor: Churata Parillo Albert
Ing. Raúl Yanyachi
AREQUIPA – PERU
2013
INDICE
CAPITULO 1: PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACION
1.1. ORIGEN DEL PROYECTO
1.2. JUSTIFICACION
1.2.1. ESTADO DE LA INVESTIGACIÓN
1.3. OBJETIVOS
1.3.1. OBJETIVOS GENERAL
1.3.2. OBJETIVOSESPECIFICOS
1.4. FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
1.4. SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
CAPITULO 2: MARCO TEORICO
2.- DIODOS EMISORES DE LUZ
2.1. INTRODUCCIÓN
2.2. HISTORIA DE LOS LEDS
2.3. EL COLOR
2.3.1.- EL ESPECTRO VISIBLE POR LOS HUMANOS
2.3.2.- EL MODELO RGB
2.3.2.1.- VISIBILIDAD DEL COLOR
2.3.2.2. LOS COLORES CON MEJOR VISIBILIDAD EN FUNCIÓN
DEL TIEMPO ES LA SIGUIENTE:
3.- SELECCIÓN DEL LED
3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL LED SELECCIONADO
4.- MODULO GPS SKM53 de SKYLAB
CAPITULO 3: DISEÑO
3.1. DIAGRAMA DE BLOQUES
3.2. EL HARDWARE
3.3. El CIRCUITO CONTROLADOR
3.4. EL SOFTWARE
3.5. EL DISPLAY
4. RUTA REFERENCIAL DE LA EMPREZA DE TRASPORTE PÚBLICO “TRAMSAMAS S. A.”
5.- DISEÑO FINAL
6.- COSTOS
7.- RESULTADOS
8.- CONCLUSIONES
CAPITULO 1:
PROBLEMÁTICA Y JUSTIFICACION
1.1.- ORIGEN DEL PROYECTO
La idea de desarrollar la aplicación surge de la necesidad de tener una nueva
alternativa para visualizar información que se le pueda brindar al usuario del
transporte público de manera tal que se facilite el reconocimiento de la ruta que
brinda la empresa de transporte en este caso hablamos de la ruta “HUNTER -
CERRO JULI”.
Analizando las alternativas que hoy en día ofrece la electrónica, los avisos
compuestos por iluminación LED ofrecen una gran ventaja para hacer llamativos
avisos y poder ofrecer información clara y concisa en cuanto a la carrera de
tecnología en electrónica.
1.2.- JUSTIFICACION
En la actualidad se puede observar que el auge de la tecnología led va en
aumento en todo el mundo, se puede encontrar desde una simple iluminación hasta la
proyección de imágenes, pero sobre todo con una gran cantidad de ventajas como la
resistencia a los golpes, aptos para condiciones climáticas externas, bajo
consumo de voltaje eliminando riesgos eléctricos, eficientes, etc.
Aprovechando los conocimientos en programación de microcontroladores y en
tecnología led, se puede dar solución a los diferentes inconvenientes ocasionados
entre estudiantes, profesores y coordinadores por la falta de información ya sea,
porque esta no es llamativa, o no esta de manera clara.
1.2.1.- ESTADO DE LA INVESTIGACIÓN
NORMAS PARA LA ADMINISTRACIÓN DEL SERVICIO DE TRANSPORTE
PÚBLICO URBANO E INTERURBANO DE PERSONAS EN LA PROVINCIA DEL
CUSCO.
Artículo 13° DE LOS VEHÍCULOS PARA LA PRESTACIÓN DEL SERVICIO DE
TRANSPORTE PÚBLICO URBANO E INTERURBANO DE PERSONAS.
13.1.- MUNICIPALIDAD PROVINCIAL DEL CUSCO
Los vehículos para la prestación de servicio de transporte público urbano e
interurbano de personas, sólo podrán ser habilitados si corresponden a la categoría
M3 clase II, de la clasificación vehicular establecida en el Reglamento Nacional de
Vehículos (D.S. 058 2003MTC), además de cumplir con las características técnicas
y datos de identificación que se detallan a continuación:
13.2.- CARACTERISTICAS TÉCNICAS:
Paneles electrónicos- Indicación de origen y destino de la ruta, el mismo que deberá estar colocado en el
interior de la cabina del conductor, en la parte superior delantera del parabrisas.- Contar con un sistema de control y monitoreo inalámbrico permanente del vehículo en
ruta según las características y funcionalidades establecidas por la autoridad correspondiente
Requerimientos y Características
- Dimensiones largo 1m a 1.2m, alto 22cm, el panel electrónico debe estar ubicado en
la parte superior derecha del conductor.
- Referente al texto, la ruta de transporte, debe de estar escrita en letra imprenta y con
mayúsculas, la ruta principal de origen y destino debe de ser un texto fijo no móvil,
los destinos secundarios entre la ruta principal de origen y destino, debe ser letra
imprenta y con mayúsculas, el texto móvil de las rutas secundarias separada por
guiones.
- Los colores del panel electrónico constituido con el modelo de color RGB (rojo, verde
y azul).
1.3.- OBJETIVOS
1.3.1.- OBJETIVOS GENERAL
Elaborar el diseño y la implementación para desarrollar un aviso basado en
tecnología led para brindar información clara y concisa sobre la ruta brindada por la
empresa de transporte público.
1.3.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS
• Implementar un servicio innovador y llamativo para brindar información básica y
necesaria a los usuarios de transporte público.
• Diseñar un letrero con colores y letras agradables basados en el estudio del espectro de
luz.
• Consolidar la carrera de Tecnología en Electrónica como pionera en
implementación de alternativas tecnológicas dentro de la Universidad.
• Implementar este tipo de aviso en otras empresas de transporte público.
1.4.- FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Dentro del transporte público de Arequipa, existe una serie de letreros para publicar
información referente a la ruta de cada empresa de transporte público, los avisos
colocados no son lo suficientemente claros ni llamativos creando una gran
desinformación por parte de los usuarios lo cual es un inconveniente para mejorar la
información de los usuarios tanto los usuarios de mayor edad, como el usuario en
general, y a su vez ocasionando inconvenientes de incumplimientos con compromisos o
encontrarse desubicados en la ciudad de Arequipa.
1.5.- SOLUCIÓN DEL PROBLEMA
Elaborar e implementar un aviso basado en tecnología led controlado por
microcontroladores (PIC) y un modulo GPS SKM53, brindando información clara y concisa
a los usuarios del transporte público de la ruta de HUNTER CERRO JULI. Haciendo llamativa
y agradable la información publicada por la misma, al mismo tiempo que la unidad de
transporte sea monitoreada por la central, en este caso el terminal de vehículos de
transporte de dicha empresa mediante un computador.
CAPITULO 2:
MARCO TEORICO
En este capítulo se detallará brevemente un resumen corto sobre las carteleras digitales y
todos los elementos que se utilizarán en este proyecto, para tener una mejor comprensión
del funcionamiento del mismo.
2 DIODOS EMISORES DE LUZ
2.1 INTRODUCCIÓN
En un principio cuando fueron creados los primeros leds, estos fueron diseñados con el
único propósito de ser utilizados como señalizadores luminosos que indicaban el
funcionamiento de un aparato electrónico, su potencia y cantidad de luz era muy
pequeña, pero para el efecto utilizado era más que suficiente. Con el paso del tiempo
estos leds han ido beneficiándose de muchos avances tecnológicos, razón por la que se
han creado leds de alta luminosidad, hasta llegar a los leds RGB que no son más que tres
diodos emisores de luz encapsulados en un solo led. Los leds más comunes son los
rectangulares y especialmente los cilíndricos tanto en 3mm como en 5mm, éstos
normalmente existen en color amarillo, verde y rojo, durante muchos años estos leds han
sido utilizados en varias aplicaciones como: prácticas de circuitos electrónicos de
estudiantes, en aparatos electrónicos como: radios, televisores, cámaras, y muchos más,
pero su principal uso se dio en señalización de dispositivos.
2.2 HISTORIA DE LOS LEDS
El primer led se creó en los laboratorios de General Electric, por el científico Nick Holonyak
Jr., estos leds se obtuvieron al utilizar los materiales: Galio, Arsénico y Fósforo con lo cual
se consiguió únicamente leds en color rojo con una frecuencia de emisión lumínica de
unos 650nm aproximadamente, esto sucedió al comienzo de los años 60, donde existían
muy pocas aplicaciones debido a sus notables desventajas, como lo es su poca emisión
de luz. En los años 70 se logra obtener leds de color verde, amarillo, y naranja, y al tener
esta mayor gama para ofrecer al mercado comercial, entonces se introduce en muchos
aparatos eléctricos y electrónicos. Al principio de la década de los ochenta, se añadió un
nuevo material que fue el aluminio en combinación con los antes citados, con lo cual se
desarrollaron leds con mayor calidad, con nuevas tecnologías, estos nuevos leds obtenidos
eran más eficientes que los anteriores al consumir menor energía y generar
aproximadamente 10 veces más cantidad de luz. Al comienzo de la década de los noventa
se incorporó uno de los materiales más exitosos como el Indio, con el cual se pudo
conseguir colores diversos desde el rojo hasta el amarillo, y esto se lo podía
hacer cambiando la proporción de los cuatro materiales que se disponían (Al-In-Ga-
P), y uno de los créditos también muy favorable fue el de extender notablemente su
vida útil desde las 30.000 horas hasta unas 80000 horas aproximadamente,
posteriormente al final de los años 90 el investigador Japonés Shuji Nakamura, llegó
a obtener el led de color azul, el cual fue uno de los más difíciles de conseguir
debido a la elevada energía que requería, hoy en día se ha podido formar este color
de varias formas, sea mezclando el silicio y el carbono, otra basada en Galio y
Nitrógeno, otra basada en Indio, Galio y Nitrógeno.
Dado que los colores rojo, verde y azul son colores primarios, se pueden mezclar y
formar el tan valioso y reconocido color blanco, y lógicamente toda la gama de
colores del espectro visible.
En la tabla No.1 se detallan distintos colores emitidos por los leds con
sus correspondientes materiales de fabricación y su frecuencia de emisión en
nanómetros desde el infrarrojo hasta el ultravioleta.
Frecuencia Color Material
940 Infrarrojo GaAs
890 Infrarrojo GaAlAs
700 Rojo profundo GaP
660 Rojo profundo GaAlAs
640 Rojo A
lInGaP630 Rojo G
aAsP/626 Rojo A
lInGaP615 Rojo – Naranja A
lInGaP610 Naranja G
aAsP/590 Amarillo G
aAsP/590 Amarillo A
lInGaP
565 Verde GaP
555 Verde GaP
525 Verde InGaN
525 Verde GaN
505 Verde turquesa InGaN/
Zafiro498 Verde turquesa InGaN/
Zafiro480 Azul SiC
450 Azul InGaN/
Zafiro430 Azul GaN
425 Azul InGaN/
Zafiro370 Ultravioleta GaN
2.3 EL COLOR
El color es un fenómeno físico, asociado con infinitas combinaciones de luz,
correspondientes a diferentes longitudes de onda dentro de la zona visible del
espectro electromagnético percibido por los órganos de la visión, el mismo que nos
da la sensación del color en las pupilas. Todo cuerpo que se encuentre iluminado
absorbe una gran mayoría de las ondas electromagnéticas, y refleja las restantes, las
ondas reflejadas son las que llegan al ojo humano y son analizadas en su cerebro
para darnos la sensación de un tono de color.
Debido a la gran combinación que se podría producir, éstas se han organizado de una
manera que nos sea fácilmente manejable, y en donde su clasificación se basa en las
propiedades del color, las cuales son el tono, valor y saturación.
El tono se define como la propia cualidad que tiene un color, los tonos son todos los
colores del círculo cromático, tanto los primarios, secundarios e intermedios, y de
esta manera podríamos definir que el tono es cuando nos movemos en el círculo
cromático hacia la derecha o izquierda.
El valor de un color es cuando a cualquier tono del círculo cromático lo mezclamos
ya sea con blanco o con negro, cuando a un tono lo mezclamos con blanco es para
ganar luminosidad, y mientras que si lo mezclamos con negro es para oscurecerlo.
Cuando un color elegido pertenece al círculo cromático, entonces se dice que está
Tabla Nº 1. Frecuencias y materiales de fabricación de un led.
saturado, y que tiene el máximo color de pigmentación o coloración., a lo que lo
podríamos definir como un color puro, pero no siempre nos encontramos con
colores puros, sino que se encuentran mezclas de colores con proporciones
desiguales de los colores primarios.
2.3.1.- EL ESPECTRO VISIBLE POR LOS HUMANOS
2.3.1.1. ESPECTRO VISIBLE
El espectro electromagnético está constituido por todos los posibles niveles
de energía de la luz. Hablar de energía es equivalente a hablar de longitud de onda;
por ello, el espectro electromagnético abarca todas las longitudes de onda que la luz
puede tener. De todo el espectro, la porción que el ser humano es capaz de percibir
es muy pequeña en comparación con todas las existentes. Esta región,
denominada espectro visible, comprende longitudes de onda desde los 380 nm hasta
los 780 nm ( 1nm = 1 nanómetro = 0,000001 mm). La luz de cada una de estas
longitudes de onda es percibida en el cerebro humano como un color diferente. Por
eso, en la descomposición de la luz blanca en todas sus longitudes de onda, mediante
un prisma o por la lluvia en el arco iris, el cerebro percibe todos los colores.
Fig. 1 espectro visible por el ojo humano
Por tanto, del Espectro visible, que es la parte del espectro electromagnético de la luz
solar que podemos notar, cada longitud de onda es percibida en el cerebro como un
color diferente.
Newton uso por primera vez la palabra espectro (del latín, "apariencia" o
"aparición") en 1671 al describir sus experimentos en óptica. Newton observó que
cuando un estrecho haz de luz solar incide sobre un prisma de vidrio triangular con
un ángulo, una parte se refleja y otra pasa a través del vidrio y se desintegra en
diferentes bandas de colores. También Newton hizo converger esos mismos rayos de
color en una segunda lente para formar nuevamente luz blanca. Demostró que la luz
solar tiene todos los colores del arco iris.
Cuando llueve y luce el sol, cada gota de lluvia se comporta de igual manera que el
prisma de Newton y de la unión de millones de gotas de agua se forma el fenómeno
del arco iris.
A pesar que el espectro es continuo y por lo tanto no hay cantidades vacías entre uno
y otro color, se puede establecer la siguiente aproximación:
Fig. 2 Relación de color y su longitud de onda
2.3.2.- EL MODELO RGB
Las siglas RGB en inglés pertenecen a los colores, red, green y blue, que en español
corresponde a los colores rojo, verde y azul; el modelo RGB es basado en la síntesis
aditiva, con lo cual es posible representar un color con la mezcla por adición de los
colores primarios.
Fig. No.3 Modelo RGB
En la figura No. 2 se puede observar un cubo RGB que nos indica los colores
primarios y los secundarios formados por este modelo, y donde también se indica el
color blanco que es la mezcla de los tres colores primarios, y de manera opuesta se
encuentra el negro que es la ausencia de los tres colores primarios en este modelo, el
color fucsia es secundario y se obtiene de la mezcla del verde y el azul, el magenta
se obtiene de la mezcla del rojo y el azul, el amarillo se obtiene de la mezcla del rojo
y del verde.
Fig. No 4 Modelo RGB
El modelo RGB es conocido como un espacio de color aditivo, debido a que cuando
la luz de dos fuentes de diferentes frecuencias viajan juntas, con respecto al punto de
vista del observador, entonces estos dos colores son sumados y forman un nuevo
color según lo expuesto. Los colores, rojo, verde y azul, fueron asignados como
primarios debido a que estos corresponden a los tres tipos de conos sensitivos de la
retina del ojo humano, y éstos son en las siguientes medidas; 65% sensible al color
rojo, 33% sensible al color verde y 2% sensible al color azul.
2.3.2.1.- VISIBILIDAD DEL COLOR
Por visibilidad nos referimos al destaque de un color sobre otro, y depende del
contraste de los colores entre sí; un color puede influir o cambiar la cualidad
cromática de otro y también la apariencia de su tamaño, posición o distancia. Estas
tres formas de contraste influyen en la visibilidad del color, además de
la saturación, luminosidad y extensión o cantidad de color.
A continuación, las conclusiones sobre visibilidad, aplicables a medios impresos y
digitales, de los estudios que han llevado a cabo los estudiosos Crewdson, Lo Duca y
Enel1:
La visibilidad de los colores decrece cuando se asocian con otros colores
(contigüidad).
El impacto de los colores se clasifica por el siguiente orden:
PARES DE COLORES CON MEJOR REALCION DE VISIBILIDAD
NEGRO SOBRE AMARILLO BLANCO SOBRE AZUL
NEGRO SOBRE ROJO BLANCO SOBRE VERDE
NARANJA SOBRE BLANCO ROJO SOBRE AMARILLO
ROJO SOBRE BLANCO AZUL SOBRE VERDE
AZUL SOBRE NEGRO
BLANCO SOBRE NEGRO
BLANCO SOBRE ROJO VERDE SOBRE NEGRO
AMARILLO SOBRE NEGRO BLANCO SOBRE NARANJA
Tabla Nº 2. Cuadro de pares de colores que presentan la mejor visibilidad
cuando se aprecian a la distancia (alguno de ellos muy usados en señales
urbanas).
Los complementarios puros superpuestos no son de gran visibilidad porque tienden a
neutralizarse mutuamente; para que sean bien diferenciables y visibles ha de ser
atenuado uno de los colores por la adición de blanco, negro o gris y tener éste la
extensión máxima; el otro, de extensión mínima, puede ser puro e intenso.
Los colores puros siempre son más visibles que los degradados o fundidos; a esta
razón obedece que tanto afiches como anuncios supergráficos que han de ser
apreciados a mayor distancia que la normal de lectura, sean resueltos con colores
planos y uniformes.
Al utilizar marcos o márgenes, se hace uso de colores que contrasten, para aislar así
y reforzar el área de interés; si esta es clara, los márgenes serán oscuros y viceversa.
Cuando el color dominante es amarillo, los márgenes o bandas que actúan como
márgenes deben ser de un pardo-azuloso oscuro; azul-verdoso oscuro si aquél es
naranja y, respectivamente, verde o azul oscuro con rojo, amarillo-anaranjado con
azul, rojo violáceo con verde y amarillo-anaranjado oscuro con violeta.
2.3.2.2. LOS COLORES CON MEJOR VISIBILIDAD EN FUNCIÓN DEL TIEMPO ES
LA SIGUIENTE:
En el siguiente cuadro se muestra la relación de visibilidad en función de la
distancia, cuánto tarda el ojo humano en recibir el estimulo del color en cuestión.
COLORES CON MEJOR VISISBILIDAD EN FUNCION DEL TIEMPO
ROJO > VISIBLE EN 225/10.000 DE SEGUNDOVERDE > VISIBLE EN 371/10.000 DE SEGUNDOAZUL > VISIBLE EN 434/10.000 DE SEGUNDOGRIS > VISIBLE EN 598/10.000 DE SEGUNDOAMARILLO > VISIBLE EN 225/10.000 DE SEGUNDO
Tabla 3. Los colores que son más rápidamente visualizados a la distancia
3.- SELECCIÓN DEL LED
Un led es un pequeño diodo emisor de luz, y siendo en nuestro caso específico el
color rojo, verde y azul, siendo este el led que ha revolucionado en la actualidad, a
tal punto que ya se permiten aplicaciones en una gran parte del sector comercial.
Estos nuevos tipos de iluminación basados en leds tienen grandes atributos y
ventajas sobre otros sistemas de iluminación tal como citamos en las siguientes
características:
- Bajo consumo de energía
- Alta eficiencia del color
- Vida útil extremadamente larga
- Pequeñas dimensiones
- Alta resistencia al impacto y a las vibraciones
- Ausencia de radiaciones IR/UV
- Poca generación de calor
- Distribución direccional de la luz
Fig. 5 Led
Todas y cada una de estas características o avances tecnológicos, sin duda son una
gran ventaja en comparación con los sistemas tradicionales de iluminación; el
consumo de potencia de un led dependiendo del color generado, está por el orden
de 15mA y nos da una luminosidad de 1000mc, el color reproducido es muy eficaz
y verdadero, la vida útil oscila en unas 50.000 a 80.000 horas efectivas, al tener
dimensiones muy pequeñas (2mm x 2mm) permiten aplicaciones donde con otros
sistemas era imposible que lo realicen, poseen alta resistencia a las vibraciones que
pudiesen sufrir, con respecto a lámparas halógenas, incandescentes o fluorescentes,
ya que éstas son muy susceptibles a daños definitivos causados por impactos o
vibraciones bruscas,
estos leds no producen emisiones de rayos infrarrojos, ni ultravioletas, con lo cual
podemos asegurar el bienestar social, a la vez que también podemos decir que
emiten poco calor con respecto a las emisiones de lámparas incandescentes,
halógenas o de mercurio, esto es debido a que los leds convierten la corriente
eléctrica directamente en emisión de luz, también podríamos decir que los leds
están aptos para trabajar en ambientes de temperaturas bajas dentro de un rango
de -30°C a 75°C, los leds no son afectados por la frecuencia de encendido y
apagado, además de poseer la característica de tener un encendido inmediato, con
lo cual se beneficia de un mayor rango de aplicaciones. El espectro visible para los
leds RGB lo podemos apreciar en la figura 4; en donde el color azul tiene la
frecuencia más baja siendo desde los 440nm hasta los 500nm, el color verde
se encuentra en el rango de
510nm a 560nm, y el color rojo se encuentra en el rango de 610nm a 650nm, estos
datos pueden variar un poco de acuerdo a los fabricantes y a los tipos de leds.
3.1.- CARACTERÍSTICAS DEL LED SELECCIONADO
El led que se ha seleccionado para este proyecto es un tipo leds de alta luminosidad
(1000pcs Red and blue 5mm 6000mcd LED Lamp Light low power Ultra
bright) de montaje superficial, el mismo que consta de dos pines, un ánodo y
cátodo para cada led. Por cuestiones de costo-beneficio y facilidad se seleccionó
hacer la compra de los leds por millares en eBay, donde cada led tiene un consumo
de 30mA por cada led, los leds requieren una tensión de alimentación de 5Vdc, el
motivo de los colores elegidos rojo y azul son consecuencia de la investigación ya
menciona las pautas necesarias para escoger dichos colores fueron las siguientes:
- Espectro visible por el ojo humano.
- Relación de color y su longitud de onda.
- El Modelo RGB.
- Visibilidad del color (pares de colores que presentan la mejor visibilidad
cuando se aprecian a la distancia).
- Colores con mejor visibilidad en función del tiempo.
Llegando a la conclusión de trabajar en el diseño con los colores rojo y azul con
fondo negro, el texto de las rutas secundarias color rojo ya q este es fácil de detectar
al ojo humano, y dicho texto será móvil, la ruta principal de color azul, por lo que el
texto será fijo y no móvil, y para finalmente, todo este diseño tendrá un fondo de
color negro intenso.
DESCRIPCION LED COLOR ROJO DE ALTA LUMINOSIDAD
Quantity : 1000pcs
Emitted Colour : RED
Size (mm) : 5mm
Lens Colour : Water Clear
Peak Wave Length (nm) : 620~630
Forward Voltage (V) : 1.8 ~ 2.2
Reverse Current (uA) : <=30
Luminous Intensity Typ Iv (mcd) : Average in 6000
Life Rating : 100,000 Hours
Viewing Angle : 20 ~ 25 Degree
Absolute Maximum Ratings (Ta=25°C)
Max Power Dissipation : 80mw
Max Continuous Forward Current : 30mA
Max Peak Forward Current : 75mA
Reverse Voltage : 5~6V
Lead Soldering Temperature : 240°C (<5Sec)
Operating Temperature Range : -25°C ~ +85°C
Preservative Temperature Range : -30°C ~ +100°C
DESCRIPCION LED AZUL ROJO DE ALTA LUMINOSIDAD
Quantity: 1000pcs
Emitted Colour : Blue
Size (mm) : 5mm
Lens Colour : Water Clear
Peak Wave Length (nm) : 465 ~ 470
Forward Voltage (V) : 3.2 ~ 3.8
Reverse Current (uA) : <=30
Luminous Intensity Typ Iv (mcd) : Average in 6000
Life Rating : 100,000 Hours
Viewing Angle : 20 ~ 25 Degree
Absolute Maximum Ratings (Ta=25°C)
Max Power Dissipation : 80mw
Max Continuous Forward Current : 30mA
Max Peak Forward Current : 75mA
Reverse Voltage : 5~6V
Lead Soldering Temperature : 240°C (<5Sec)
Operating Temperature Range : -25°C ~ +85°C
Preservative Temperature Range : -30°C ~ +100°C
4.- MODULO GPS SKM53 de SKYLAB
Añadir la capacidad a nuestros proyectos de determinar la posición vía satélite no
tiene por qué ser complicado ni costoso y sin duda alguna sumarle como
complemento un compás digital como el tratado en el artículo anterior, un giroscopio
o un módulo que nos permita medir aceleraciones le dotan de funciones interesantes.
El módulo GPS que tratamos en nuestro proyecto en este caso es el modelo
SKM53 del fabricante SKYLAB. Se trata de un dispositivo de alta sensibilidad y
antena integrada, que podemos encontrar fácilmente en el mercado a un coste de los
29.95 $.
Mide tan solo 30 x 20 x 8,5 (Ancho x Alto x Grosor) y mediante una sencilla
comunicación serie a 9600 bps al microcontrolador, o lo que significa lo mismo;
únicamente dos hilos, Rx y Tx, nos ofrece toda la potencia y las características de
módulos destinados al mismo uso, de costes más elevados. Como podemos ver a
continuación dispone de una tira de 6 pines macho:
FIG. 6. MODULO GPS SKM53
Solo nos interesan en principio 4, dos destinados a la comunicación serie más los
destinados a GND y VCC, resumidamente una descripción de las conexiones sería:
** RXD; Línea de entrada de datos de la conexión serie. Conectaremos este pin al
controlador o sistema host en su línea de transmisión o TXD.
** TXD; Línea de transmisión de datos. Este pin debe ir conectado al de recepción
de datos en el microcontrolador. La conexión seria emplea niveles TTL, por lo que
no es necesaria su conversión al emplearlo en muchos sistemas microcontrolados.
** GND; Masa.
** VCC; En este pin conectamos la alimentación, a una tensión de 5 Voltios.
4.1.- DESCRIPCION GENERAL
La serie de SkyNav SKM53 con la antena integrada de GPS permite la navegación del alto rendimiento en los usos más rigurosos y el arreglo sólido incluso en ambientes duros de la visibilidad de GPS.Se basa en las características del alto rendimiento de la arquitectura monopastilla de MediaTek 3327, sus – la sensibilidad de seguimiento 165dBm amplía la colocación de cobertura en lugar como los barrancos urbanos y el ambiente denso del follaje donde no estaba posible GPS antes. Los 6 perno y el diseño del conector USB es la solución más fácil y conveniente ser integrado en un dispositivo portátil y un receptor como ratón de PND, de GPS, soporte para coche, el localizador personal, el detector de la cámara de la velocidad y el localizador del vehículo.
Características
-Sensibilidad ultra alta: -165dBm
-receptor del adquisición-canal 22 tracking/66
-Ayuda de WAAS/EGNOS/MSAS/GAGAN
-Protocolos de NMEA (velocidad del defecto: 9600bps)
-Batería y salida de respaldo internas 1PPS
-Un puerto serie y puerto de USB (opción)
-Antena integrada del remiendo: 18,2 x 18,2 x 4,0 milímetros
-Gama de temperaturas de funcionamiento: - 40 a 85
-RoHS obediente (sin plomo)
-Factor de forma minúsculo: 30m m x20mm x 11.4m m
Especificación
Performance
Tipo del receptor
- Banda de frecuencia del L1, código de C/A
-22 Adquisición-Canal seguimiento/66
Sensibilidad- Seguimiento de -165dBm
- Adquisición -148dBm
Exactitud- Coloque 3M 3D RMS sin el SA
- Velocidad 0.1m/s sin el SA
- Sincronización (PPS) 60ns RMS
Tiempo de la adquisición- Arranque en frio 36s
- Comienzo caliente 33s
- Comienzo caliente 1s
- Re-Adquisición <1s
Consumo de energía- Seguimiento de <30mA #3V Vcc
- Adquisición 40mA
- Sueño/TBD espera
Tarifa de la actualización de los datos de la navegación
-1Hz
Límites operativos- Altitud 18 máximos, los 000m
- Velocidad 515m/s máximo
- Aceleración menos que 4g
Especificaciones de la antena- OutlineDimension 18.2x18.2x4.0m m
- ± 1575 de la frecuencia central 3 megaciclos
- Ancho de banda minutos de 10 megaciclos
- Impedancia 50Ω
- DB del ratio axial 3 máximo
- Polarización RHCP
Requisitos mecánicos- Dimensión 30m m x20mm x 11.4m m
- Peso 9g
Consumo de energía- VCC 5V el ±5%
- 55mA actuales (típicos)
Ambiente- Temperatura de funcionamiento 40 ~ +85 C (sin la batería de reserva)
- Temperatura de almacenamiento 0 ~ +125 C
- Humedad el 95%
Aplicaciones·Libras (servicio basado ubicación)
·PND (dispositivo portátil de la navegación)
·Sistema de navegación del vehículo
·Teléfono móvil
- En primer lugar he optado por hacer un pequeño adaptador para los pines del
módulo GPS, ya que la distancia entre ellos es de 2 mm y me era interesante poder
usar un conector hembra de 6 pines de paso 2,54 mm.
FIG. 7 PINOUT DEL MODULO GPS SKM53
CAPITULO 3:
DISEÑO DE PANEL INTELIGENTE
En el siguiente capítulo se desarrolla y explica el diseño electrónico del panel
inteligente, en este caso en particular, se busca un equipo el cual emita informe de la
ruta de la empresa en cuestión, destinos principales y secundarios, este aviso se
implementara mediante un grupo de matriz de leds controladas en: potencia
luminosa, sensible al ojo humano y monitoreo de la unidad móvil mediante el uso de
tecnología GPS. Para obtener estas características se emplean dispositivos
electrónicos, los cuales se unirán para formar un sistema controlado y programado
para cumplir con las características del equipo a diseñar y así posteriormente sea
implementado.
3.2. DIAGRAMA DE BLOQUES
3.2. EL HARDWARE
Análisis Circuital
Consumo de potencia
Como se maneja 80 columnas y 8 filas ,entonces se tendría 8X80=640 leds totales .
Cada led consume 20mA según la hoja de datos luego,
R=V−V (led)I (led)
R=5−1.8v ¿ ¿I (20mA )
R=160Ohm
Se consideró las resistencias de 100Ohm para que se vean brillantes por cada
columna, entonces tendríamos 80 resistencias de 100 ohm a la salida de cada
columna como limitador de corriente.
Si todo una columna estaría encendida tendríamos 8 leds x20mA =160mA,y si las
80 columnas estuvieran encendididas tendríamos 160mAx80=12800mA ,esto
equivale a 12,8amperios , teóricamente no tendrían que encenderse todos al vez
puesto que el encendido se hace por barrido fila por fila.
Asumiendo que se enciende 1 led por barrido y tenemos 80 columnas luego se
consumirá 80X20mA=1600mA=1.6Amp .Luego se necesitara un fuente de
alimentación de 5V y 2Amp. Como mínimo para garantizar el buen funcionamiento
del panel.
Se utiliza el pin de RESET para detener y reiniciar el funcionamientodel sistema, en
caso de alguna eventualidad o emergencia
Como observamos, el reset es activado con lógica negada, es decir, al presionar el
pulsador le llega al pin de reset el siguiente voltaje:
El cual es interpretado por el microcontrolador como ‘0’, por lo que el reset se activa
y se reinicia la operación delmicrocontrolador. El consumo de corriente debido a esta
configuración de pulsador es de:
De otra manera, sin presionar el pulsador, le llegaría siempre ‘1’ al pin de reset, lo
que no alteraría la operación del mismo.
Configuración darlington
El uso de dos transistores en configuración Darlington hara que supla la demanda de
ciorriente de nuestro panel.
MICROCONTROLADOR PIC 18F4550
El PIC 18F4550 pertenece a los micro controladores PIC18 de gama alta. Posee una
arquitectura RISC (reducedinstruction set computer) de 16 bits longitud de
instrucciones y 8 bits de datos. La tabla muestra en resumen las características
fundamentales de este micro controlador y de sus antecesores los
PIC18F2455/2550/4455.
PIC 18F4550
3.3. DISPLAY
3.4. EL SOFTWARE
3.4.1. Programación del microcontrolador
CODIGO DE INICIO
3.2. El CIRCUITO CONTROLADOR
3.3.- CONTROLADOR GPS
3.3.1.-Circuito de GPS SkyNav SKM53
Microcontrolador utilizado es el 16F628A y LCD donde se mostrara las coordenadas que envié el modulo GPS.
3.3.2.- Funcionamiento
Una vez reciba las coordenadas por el modulo GPS estas serán recibidas en el microcontrolador 16F628A este a su vez enviara dichas coordenadas a nuestro LCD para ser visualizadas, al mismo tiempo serán enviados pulsos de nivel alto por los puertos RB7 y RB6 del PIC 16F628A, estos pulsos serán recibidos por el PIC 18f2550, que controla el panel de leds, en el microcontrolador del panel se realizara un “switch” (instrucción en lenguaje C) que realizara comparaciones cada puerto ya sea RB7 o RB6 corresponden a una coordenada fija, por ejemplo el punto de retorno de nuestra unidad móvil, si se diera el retorno el puerto RB6 se pondrá en nivel alto “1”, este nivel alto será detectado por el PIC 18f2550 y este ultimo realizara un testeo en su puerto RC2, si detecta nivel alto, enviara un nuevo mensaje de texto en el panel de leds, el correspondiente al retorno de nuestro unidad móvil.
3.4. EL SOFTWARE
3.5. EL DISPLAY
3.5.1.- TARJETA DE CONTROL
4. RUTA REFERENCIAL DE LA EMPREZA DE TRASPORTE PÚBLICO “TRAMSAMAS S. A.”
4.1 RUTA REFERENCIAL DE LA EMPREZA DE TRASPORTE PÚBLICO “TRAMSAMAS S. A.”
CIUDAD MI TRABAJO – UMACOLLO “C”
- Se realizo el seguimiento necesario en el circuito de la ruta con la finalidad de
reconocer
- los tiempo que tarda, la unidad móvil en desplazarse por la ruta completa, llegando a
definir un tiempo de 100 minutos, este tiempo es relativo, porque este tiempo
depende del transito y de la hora a la cual se desplaza, esto por las horas punta de
trabajo y salida en la ciudad de Arequipa.
- El tiempo que suministra la empresa a las unidades es un tiempo mayor al real, esto
para que tenga un tiempo más que suficiente para su desplazamiento, esto para que
cuando una unidad supera este tiempo, se sobreentenderá que la unidad sufrió algún
percance, este tiempo es de 120 minutos, para todas las unidades en cualquier
momento del día.
Esta deducción se evitara, cuando se instale nuestro panel inteligente, ya que gracias a su sistema de monitorio por tecnología GPS, sabremos en cualquier instante de tiempo donde se encuentra la unidad móvil, si se detuvo o si sigue en movimiento
5.- DISEÑO FINAL DE NUESTRO PANEL INTELIGENTE
6.- COSTOS
Articulo Unidades Precio/Unidad(soles)
Subtotal S./
4094N (4094) 11 1.50 16.50
ULN2830 10 1.70 17.00
PLACA MATRIZ 1 (1.2mx16cm) 20.00 20.00
PLACA DE CONTROL 1(29cmX16cm) FIBRA 9.50 9.50
PIC16F628A 1 10.00 10.00
PIC18F2550 1 22.00 22.00
Transisores TIP42c 10 1.50 15.00
Transisores bc558 10 0.20 2.00
Led alta luminosidad 1000 ------------------------ 84.00
GPS SkyNav SKM53 1 56.00 56.00
Resistencias 100 0.10 10.00
Acido 2 litros 6.00 12.00
Otros -------- ------- 30.00
TOTAL S./ 304.00
7.- RESULTADOS
Para la realización de este proyecto fue necesario la utilización de un microcontrolador, específicamente se utilizó un PIC18F2550, el cual soporta una frecuencia máxima de 40Mhz como señal de reloj, y esto para el displayado del mensaje.
Se realizo pruebas de visión del panel, se opto por letras delgadas, ya que estas se ven a mayor distancia, luego de las pruebas realizadas encuestadas a 12 personas la distancia promedio a la cual el mensaje es visible es de 18 metros.
El color elegido para las letras, fue el color ROJO esto se determino luego de un estudio y pruebas experimentales, esto debido a que el ojo humano reacciona con mayor velocidad a la frecuencia que produce el color rojo.
El modulo GPS SKM53, nos proporciono una buena fiabilidad en cuanto a la adquisición de las coordenadas, durante el primer mes de pruebas, posteriormente se encontró muchos errores, dando así lecturas de latitud y longitud erróneas, para esto se opto por una segunda alternativa, la incorporación de dos botones, estos trabajaran de tal manera que la ser pulsados cambiaran el mensaje displayado en el panel, uno para el inicio de la ruta, y el segundo para el retorno de la misma.
8.- CONCLUSIONES
El letrero como hemos podido apreciar, está elaborado en base a la última tecnología como son los leds ultrabright, artículo de difícil adquisición; pero que mediante a una ardua búsqueda se logró establecer una excelente relación comercial con un gran proveedor de China, el cual cuenta con una bodega en California.
Como ventajas que presta este proyecto se trata de un letrero que tiene un bajo consumo de energía y no es nocivo para el medio ambiente, puesto que sus componentes electrónicos cumplen con los certificados de conformidad ambiental, el cual norma sobre su fabricación y sus impactos.
Un aspecto muy importante que tengo que resaltar es el desahacierto de haber utilizado un regulador de la familia 78xx de insuficiente capacidad de conducción de corriente; puesto que se requerían 1800mA, aproximadamente 2Amperios para el funcionamiento completo de todo el panel incluyendo las tarjetas de control y adquisición, lo que con lleva a que trabajen en su límite, de tal manera que se sugiriere para este aspecto la utilización de un regulador 78Txx que tiene la capacidad de proporcionar hasta 2.5Amperios.
Es importante señalar que el letrero conlleva un costo que a simple apreciación no aparenta ser conveniente, pero luego de que se han demostrado los beneficios y cualidades que este goza, de seguro el futuro comprador certificará que en realidad no es así y una persona con visión lo hará parte de su empresa.