sistema digital detector de vehiculos para el ingreso a un estacionamiento

SISTEMA DIGITAL DETECTOR DE VEHICULOS PARA EL INGRESO A UN

ESTACIONAMIENTO

por

Oslo Zambrano Sánchez

Presentado a la academia de Sistemas Digitales y Comunicaciones

del Instituto de Ingeniería y Tecnología de

La Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

para su evaluación

LA UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Octubre del 2009

SISTEMA DIGITAL DETECTOR DE VEHICULOS PARA EL INGRESO A UN

ESTACIONAMIENTO

Presidente de la academia ___________________________________________

M.C. Abdi Delgado Salido Asesor

___________________________________________

Oslo Zambrano Sánchez Alumno

___________________________________________

Introduccióndeprotocolo.

Enelsiguienteprotocolodetitulaciónseveráreflejadaunainvestigaciónpara llevaracaboeldiseñoyconstruccióndeunsistemadigitaldetectordevehículosparaelingresoaunestacionamiento,

en el trabajo se realizaran investigaciones de empresas que residen en México, las cuales ofrecenserviciosparaapoyar laadministración, control y flujodel tránsitovehicular.Se verán lasopciones yaexistentesparapodersensar lapresenciadeunautomóvil, inclinándonospor larealizacióndeun lazo

inductivoadhiriéndolo en la superficiea colocarse,paraposteriormente investigar sobre eldiseñodeosciladoresinductivosparapodercrearuncampoelectromagnéticoquealserinterferidoconcualquiermaterialferroso,enestecasoelchasisymotordeunvehículo, impliqueuncambioensufrecuenciay

podamosdeterminarlapresenciadelvehículomedianteundecodificadordedatos,construidoabasede los conocimientos adquiridos en la universidad, realizando una investigación para elegir unmicrocontrolador apto para lo requerido, determinando: el fabricante, conjunto de instrucciones a

utilizar,laarquitectura,losdispositivosinternosqueseutilizaran,losperiféricos,losregistros,bancosdememoriaytodoloqueconllevealaperfectaeleccióndelmicrocontroladoradecuado,paralaresolucióndelproblema.

El protocolo de titulación indicara las herramientas de desarrollo a utilizar, como lo son

desarrollo de software, simulación y creación de PCBs. Todas estas herramientas utilizadas paracorroborarelperfectofuncionamientodeldispositivodiseñadoypoderfinalizarcreandoundispositivofísicodelacalidadquesemerecelaUniversidadAutónomadeCiudadJuárez,parapoderdejarenella.

Enlosantecedentesdelproblemasequieredaraconocerlossistemasyaexistentesparapoder

asimilar el costo elevado y corroborar que los servicio queofrecendichos sistemasquedan sobradospara la solucióndelplanteamientodelproblema,dandoasí en la justificaciónalproblemaun tipode

comparaciónquesatisface y resuelve el problemaestablecido,aplicandoconocimientosrasospara laperfectasoluciónalproblemaplanteado.

Antecedentesdelproblema.

Para sensar la presencia de un vehículo sobre el asfalto, cemento, concreto o cualquier otrasuperficieexiste laformaderealizarlomedianteunlazoinductivo,omejorconocidocomounloopde

piso,elcualconstadeunabobinahechaconcabledeuncalibreaproximadodeentre16y14AWGestecabledebedetenerunaislamientodenylonoPVC.Ellazoinductivodebedetenerunretornoelcualsepuedefabricaryaseaconelmismocabledel lazooconuncable independiente,se letendráquedar

unarazónde20vueltaspormetrosiladistanciaderetornoesmenoralos30metros.Setendráquedaruna regata en el pavimento para evitar el deterioro y corrosión por agentes externos y no dañar oalterarelbuen funcionamientodelbucleparanoafectaren lasmedicionesdel circuitodetector.Una

vez comprobado su buen funcionamiento se tendrá que dar un relleno a base de silicona o resinaepóxica, concluido todo el labor, aplicando las actividades que conllevan a la ingeniería civil. De estaforma se dejará listo para implementar el sistemadigital detector de vehículos para el ingreso a un

estacionamiento.[1]

Existendiferentesversionesdesistemaspara ladeteccióndevehículos,paraadaptarseacadatipodedeteccióndeunaformafiableysegura,dependiendodelasnecesidadesyrequerimientosdeloquesedeseasensar, losdiferentes rangosdeseados a sensar, losmateriales y especificaciones físicas

que se necesiten detectar, entre otras características. Estas son algunas de las formas alternativasexistentes para poder aplicarse en ingeniería de transito y mantener este tipo de control vehicular,como lo es la detección a partir de “detectores elevados de datos de transito”, estos son sistemas

elevados para colocarse en la calzada a una razón de 5 a 12m de altura para la determinación eidentificación vehicular en las principales tecnologías: láser visible activo, detector infrarrojo pasivo,radar a hiperfrecuencia, radar a efecto doppler, detector ultrasónico, detector de imagen para

generación de lazos inductivos virtuales, detectores de video de uso general y para aplicacionesespeciales.

Los sistemasdedetección vehicularmediantesensorde laser visibleactivoseutilizanpara la

detección de presencia y determinación de las dimensiones y de la velocidad de los vehículos en

circulación,elsensorAutosenseIIobtienelaimagendelvehículoyapartirdeellaefectúalaclasificaciónydeterminasusdimensiones.Elsensorproporcionalasiguienteinformación:longitud,altoyanchodelvehículo;posiciónrespectoalacotamiento;velocidad;deteccióndebarradetracción;yrelédedisparo

paracámarafotográficaoequipodealarma,osimilar.

Elsistemadeclasificaciónvehicularpornumerodeejesmediantesensordelaservisibleactivo

fuediseñadoparamontaje lateral y fueradel carrilde transito, el Autosenseserie 700proporcionaacadacarrildeteccióndelvehículo,separaciónentreejes,velocidad,numerodeejesysalidadereléparadisparo de cámara fotográfica de control. El sistema opera emitiendo dos haces de rayos láser que

escaneanellateraldelvehículo(automóvil,camión,autobús)enordenadeterminarelnúmerodeejesdelvehículosobrelacalzada.Elsistemaesunsustitutoidealpara loslazosysensoresdeejestantoencarreterasabiertascomoenentornosdebarrerasypeajes.[2]

Losdetectoresdevehículosmediantelasimulacióndelazovirtualcreanunadetecciónóptimayuna solución económica. El detector universal en tecnología “Image Sensor” representa un concepto

revolucionario. Simula el funcionamiento de un lazo virtual parametrable y sin ingeniería civil. Lautilización de alta tecnología en ingeniería y en tratamiento de señal como un nivel de integraciónexcepcional permiten presentar este detector en una caja monobloc compacta. Completamente

autónomo,discretoyestético,elsistemaseinstalafácilmentesintenerquerecurrirautilizarpantallasdevisualizaciónexternas.Eltelemandoinfrarrojodisponedeopciónparafacilitarlasmodificacionesdeparametraje en sitio. Se utiliza para aplicaciones como: regulación del tránsito, control de luces de

tránsito,deteccióndegiroala izquierda,deteccióndecarrildebus,generacióndelazovirtual,controlde accesos (puertas, barreras, etc...), aforo vehicular. El sistema "TRANSCOM" se compone de unaantenaderadioydeunacajadeinterface,ypermitelatransmisiónbidireccionalsinhilosentreellugar

dondeestánsituados losdetectores y elórganode control. Estesistemaseutilizapara informar,porejemplo, el estadode los relés secoshastaunadistancia de400mencampoa la vista.Su tecnologíainnovadoraasegura,porradiomodem(433MHz)comunicacionesmuysegurasentiemporeal.Asociado

auncódigopolinominal,estasolucióngarantizaunaconexióndemuyaltafiabilidad.[3]

Existendetectoresdevehículosmedianteradaresahiperfrecuencia,comoloeselradardealta

tecnología,SPOTutilizaelprincipiodeDopplerFizeau,enbandadefrecuenciade24,125GHz.Graciasaéstamuyelevadafrecuencia,yaunaextremaminiaturización,elRadarSPOTobtieneunasprestacionesexcepcionales, montado en caja estanca y compacta. Cada parámetro: alcance, sentido de marcha,

movimiento mínimo, se ajustan sin desmontajes incómodos desde la cara frontal (sin tornillos). UnTelemandoInfrarrojoopcionalfacilitalasmodificacionesdelosparámetrosadistancia,convisualización

inmediatadelresultado.AdiferenciadelRadaramicro‐ondasconvencionalquedeterminaladistanciaalaquese encuentraunobjeto, enmovimientoo parado, en funcióndel tiempoentre la emisión y larecepción de la onda reflejada, el radar a efecto doppler determina la velocidad de un objeto en

movimiento comparando la frecuencia de la onda emitida con la frecuencia de la onda reflejada. ElRadar hiperfrecuencia 24.125 GHz << SPOT >> va conectado a un procesador muy potente del tipoHCmos el cual, aumenta la fiabilidad de funcionamiento. Este sistema, basado en modulación de

portadora a 24,125 GHz asegura una comunicación de largo alcance y excelente fiabilidad entre elemisorembarcadosobreelvehículoyelreceptormontadoenelcontroladordetránsito.Lacodificaciónmanual oautomáticapor enlaceseriepermitegestionaruna flotadeautobuses enmediourbano.La

caja estanca y compacta, con conector desenchufable permite una integración rápida y estética yaseguralagestióndeloscontroladoresdetránsitosintrabajosdeingenieríacivil.Todoslosparámetrosdel sistema se ajustan en su parte frontal, sin necesidad de laboriosos desmontajes. El telecomando

infrarrojo enopción sobre el receptor facilita lasmodificaciones deparametraje a distancia conunavisualizacióninmediatadelresultado.[4]

Planteamientodelproblema.

En la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez, se ha visto un problema para el acceso aestacionamientos de la institución, este problema tiende a agravarse debido a la misma tasa de

incremento estudiantil por ende un aumento significativo de vehículos a querer ingresar alestacionamiento.

Actualmente se lleva a cabo un proyecto piloto para controlar la entrada de vehículos a unestacionamiento, el cual cuenta con un dispositivo detector de vehículos que fue suministrado por

empresasextranjeraspara laaplicaciónendichanecesidad.Sepuedellegarapensarqueparafuturosmantenimientos, o rediseños siempre se estará siendo dependiente del soporte técnico delsuministrador del dispositivo. Por lo tanto siempre se tendrá contemplado un gasto elevado para la

adquisición,aplicaciónymantenimientodelproyecto.

Marcoteórico.

“Laelectricidadyelmagnetismoguardanunaestrecharelaciónentresí.Enefecto,veremosqueson inseparables aunque hablamos de fuerzas eléctricas y de fuerzasmagnéticas. Hay una distinción

entrelafuerzaeléctricaestáticadeCoulombylafuerzamagnética,queincluyecargaseléctricas.Puestoqueambasfuerzasseoriginanesencialmenteencargas eléctricas,algunasvecesseaplicaa lasdos ladesignaciónfuerzaeléctrica”.[5]

Lossensoresinductivossondegranutilizaciónhoyendía,yaseaporlaindustriaenmuchosde

sus procesos para la detección de materiales ferrosos o en aplicaciones cotidianas para la sociedad,comoenelcontrolvehicular,comoesnuestrocasodeestudio.

Loscamposmagnéticostienensuorigenenlascorrienteseléctricas:unacorrientemásfuerteresulta en un campomás fuerte. Un campo eléctrico existe aunque no haya corriente. Cuando hay

corriente, lamagnituddelcampomagnéticocambiaraconelconsumodepotencia,perolafuerzadelcampoeléctricoquedaraigual.

Existen diferentes fuentes de generación de campos electromagnéticos, en el medio en quevivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero son invisibles para el ojo humano. Se

producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de laatmosfera por efecto de las tormentas. El campo magnético terrestre provoca la orientación de lasagujasdeloscompasesendirecciónnorte‐sur,lospájarosypeces loutilizanparaorientarse.Además

de las fuentes naturales, en el espectro electromagnético hay también fuentes generadas por elhombre: Para diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan rayos X. Laelectricidad surge de cualquier toma de corriente lleva asociados campos electromagnéticos de

frecuencia baja. Además, diversos tipos de ondas de radio de frecuencia más altas, se utilizan paratransmitirinformación,yaseapormediodeantenasdetelevisión,estacionesderadiooestacionesbase

de telefonía móvil. Por lo tanto para la realización del sistema digital detector de vehículos para elingreso a un estacionamiento, se deben considerar estos fenómenos naturales como interferencia anuestrosistema,quepodríanafectarenlapercepcióndelsensor.

Una de las principales magnitudes que caracterizan un campo electromagnético es su

frecuencia, o la correspondiente longitud de onda. El efecto sobre el organismo de los diferentescampos electromagnéticos está en función de su frecuencia. La frecuencia simplemente describe elnúmerodeoscilacionesociclosporsegundo,mientrasquelaexpresión<<longituddeonda>>serefiere

aladistanciaentreunaonday lasiguiente.Porconsiguiente,lalongituddeonday lafrecuenciaestáninseparablementeligadas:cuantomayoreslafrecuencia,máscortaeslalongituddeonda.

“La impedancia de una bobina por la que circula una corriente alterna queda alterada si seproduce una superficie conductora dentro de su campomagnético. Ello es debido a que se inducen

corrientesdeFoucaultenlasuperficiequecreansupropiocampomagnético,opuestoaldelabobina.Cuantomáspróximasesténlabobinadelasuperficie,mayorseráelcambiodeimpedancia”.[6]

Lossensoresdeproximidad inductivos contienenundevanado interno.Cuandouna corrientecircula por el mismo, un campo magnético es generado, cuando un metal es acercado al campo

magnético generado por el sensor de proximidad, éste es detectado. La bobina del sensor inducecorrientesdeFoucaultenelmaterialadetectar.Estas,asuvez,generanuncampomagnéticoqueseoponealdelabobinadelsensor,causandounareducciónenlainductanciadelamisma.Estareducción

enlainductanciadelabobinainternadelsensor,traeaparejadounadisminuciónenlaimpedanciadeésta.

“La corriente de Foucault (o corriente parásita) es un fenómeno eléctrico descubierto por el físicofrancés León Foucault en 1851. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético

variable,o viceversa.Elmovimiento relativocausa unacirculacióndeelectrones,o corriente inducidadentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con camposmagnéticosqueseoponenalefectodelcampomagnéticoaplicado”.[7]

Elanálisisydiseñoeneldominiodelafrecuenciaofrecevariastécnicasgraficasysemigráficas

aplicables en sistemas de control lineales e invariables en el tiempo casi de cualquier complejidad.Desdeunpuntode vista histórico, el análisis y diseño en el dominio de la frecuencia de sistemasdecontroldedatoscontinuosesuncampobiendesarrolladoyprácticamente todos losmétodosdeeste

puedenextendersealossistemasdecontroldigital.MétodostanconocidoscomoelcriteriodeNyquistpara el análisis de la estabilidad, los diagramas de Bode y la grafica deNichols puede adecuarse confacilidad al análisis y diseño de sistemas de control digital. La característica básica del método de la

respuesta en el dominio de la frecuencia es la descripción del desempeño de un sistema lineal einvariableeneltiemposedaentérminosdelarespuestadeestadoestacionarioaseñalesdeentradaque cambian de manera senoidal. El punto importante del problema es que las características del

desempeño en el dominio del tiempo de un sistema lineal, pueden predecirse con base en lainformaciónproporcionadaporelanálisissenoidaldelestadoestacionario.[8]

Justificacióndelainvestigación.

ElproyectopilotoqueestáenmarchaenlaUniversidadAutónomadeCiudadJuárezrequieredeimplementar undiseñopara poder sensar la presencia deun automóvil para determinar el ingreso a

ciertoestacionamiento.Porlotanto,seplanteadiseñarunsistemadetectordevehículosparaelingresoaunestacionamiento,elcualnosdéunarespuestaeléctricaparadeterminarlapresencia(oausencia)devehículos.Elsistemaserárealizadoconlosconocimientosadquiridoseneltranscursodelaestancia

en launiversidad yabasede la experienciadedatos recabados ya expuestos en losantecedentes, einvestigaciones preliminares de sistemas ya existentes. Aplicando la reingeniería para poder crear unsistema de bajo costo, dando de esta forma una aportación a la institución educativa a la que se

pertenece,para lafabricaciónposteriordetodoslossistemasdetectoresdevehículosparaelaccesoacualquierestacionamientodedichainstitución.

De esta forma se evita la compra de sensores complejos y equipos de costos elevados acompañías extranjeras, evitando de igual manera la dependencia que existe de las empresas

suministradoras de los sistemas o dispositivos adquiridos para poder brindar un servicio demantenimientoorediseño.

Por lotantoseveráreflejadoenelproyectoapresentarelentusiasmodequererconcluiresteniveleducativoparaseguiralsiguientenivelydeformaparalelaunbeneficiopara toda lacomunidad

universitariadandoestetipodeserviciosycomodidadesparaelingresoacualquierestacionamientodela institución. Tratando de contagiar el ámbito por la reingeniería en la utilización de sistemas porelaboración propia, aplicando los conocimientos que se tienen e inclinándose por el espíritu de la

investigación.

Objetivogeneral.

Diseñaryconstruirunsistemadigitalparaladetecciónvehicular.

Metodología.

1.Investigarempresasqueofrecensistemassimilares.1.1EncontraraundistribuidordesistemassimilaresenMéxico.

1.1.1Contactarypedirestimacióndecostosdelossistemasquemanejan. ‐Tenerunacomputadoraconaccesoainternet. ‐Contarconserviciotelefóniconacionaleinternacional.

‐Exponerlapeticióndecotizacióndeunsistemasimilar.‐Mandarune‐mail,ocontactarvíatelefónicaaunrepresentantedelaempresa.

1.1.2Investigarcualessonlasprincipalesaplicacionesdelossistemasqueofertan.

‐Leerlosfolletosenlareddeequiposquemanejan. ‐Definirlasaplicacionesquesustituyenelusodellazoinductivofísico.1.2InvestigaralmenosdosdelasempresasquedistribuyenalproveedorenMéxico.

1.2.1Capturarinformacióndelastecnologíasydispositivosutilizados. ‐Obtenernombresdefabricantes. ‐Localizarmanualesdelosdispositivos.

‐Leeraprofundidadcómoyconquétecnologíasonconstruidoslossistemas.1.3Formularunareseñahistóricadelosfabricantesdelossistemasexistentes. 1.3.1Definirlasnacionalidadesdelosfabricantes.

1.3.2Clasificarfechasdeinicioenlarama.‐BuscarconelnombredelfabricantesuinformacióngeneralenInternet.

1.3.3Investigarprincipalesconsumidores. ‐Obtenerinformacióngeneraldepaísesqueaplicaningenieríadetransito.2.Definiropcionesparasensarautomóviles.

2.1Investigaralmenostresformasdesensarlapresenciadeunautomóvil. 2.1.1Definirlamejordelasopcionesautilizar. ‐Hacercomparacionesdecostos.

‐Comparacióndeserviciosbrindadosporeldispositivo.3.Realizarunainvestigacióndelaconstruccióndelazosinductivos.3.1Clasificarentresdiferentescategoríasaloslazosinductivosqueexisten.

3.1.1Clasificarlostiposdelazosinductivosporsuformafísica. ‐Investigarenseccionesdeingenieríadetransito. ‐Documentarlasformasexistentesdelazosinductivos.

‐Identificareltipodeformadelazoparaeltipodeaplicación. 3.1.2Clasificarlostiposdelazosinductivosporsusdimensiones. ‐Acudiralabiblioteca.

‐Recabarinformacióndetablascondimensionesfijas. ‐Interpretarlasformulasparalafabricacióndelazosinductivos. 3.1.3Clasificarlostiposdelazosinductivosporsuscaracterísticaseléctricas.

‐Investigarenmanualesdeserviciodelazosinductivosrealizados. ‐Interpretardequemaneraafectanlasdimensionesenlascaracterísticaseléctricas.

3.2Fabricarunlazoinductivo. 3.2.1Determinarelcalibreautilizarparalabobina. ‐Aplicarlasinvestigacionesobtenidas.

3.2.2Comprobarcaracterísticaseléctricas,conrespectoalasdimensiones. ‐UnmedidorLCR.4.Recabarinformaciónparaadherirellazoinductivoenlasuperficieacolocarse.

4.1Investigaralmenosdosmaneraspararanurarlasuperficiedondesecolocara. 4.1.1Definirelequipoautilizar.

‐Conseguirregatashechasconundiscoabrasivoamotor.

4.1.2Definireltipodematerialparaelrellenoyrecubrimiento. ‐Conseguirresinaepóxicaparaelaislamientodellazoinductivo.4.2Sondearparasabersiexistentresdelasinterferenciascomunesenelcampoainstalar.

4.2.1Circuitoabiertoocortocircuitoenelbucle.4.2.2Excesoofaltadevueltasoespirasenelbucle.

‐InterpretarmedicionesrealizadasconelLCR.

4.2.3Presenciadeimportantesmasasmetálicas. ‐Medirdistanciaestándardelvehículoconrespectoalasuperficie. ‐Evitarinstalarellazocercademasasmetálicas.

5.Investigaracercadelafabricacióndeosciladoresinductivos.5.1Definiralmenosdosmodelosdeosciladoresinductivos.

5.1.1Investigaciónbibliográfica ‐Acudirabibliotecasparaencontrarinformaciónrequerida. ‐Investigarenforosdeámbitoelectrónicoeninternet.

‐Contarconcomputadoraquetengasoftwaresdediseñoelectrónico.‐Simularcircuitosobtenidos.

5.2Construirunosciladorinductivo.

5.2.1Juntarlainformaciónrecopilada. ‐Adquirirloscomponenteselectrónicosrequeridos. ‐Contarconherramientaparasoldar,ycompletarelcircuitooscilador.

6.Determinarmicrocontroladorautilizar.6.1Definircuáldelosdostiposdeconjuntosdeinstruccionesseutilizaran. 6.1.1InvestigarteoríadeRISCyCISC.

‐Tenermembresíaparateneraccesoapapersyrevistasdeinterés. ‐Definirquearquitecturaesmásusualporfabricantes. ‐Valorizarprosycontrasdelosdiferentescompetidoresenelmercado.

6.2Adquirirdosopcionesdemicrocontroladoresautilizar. 6.2.1Elegirelfabricantedemicrocontroladoresautilizar. ‐Investigarcostosydiferenciasentrelosdispositivos.

‐Localizaraproveedoresdedispositivoselegidos. 6.2.2Definirlosdispositivosinternosdelmicrocontroladorqueseutilizaran.

‐Convertidoresdigitales/análogos. ‐Timerautilizar.

‐Líneasdeentradaysalida. ‐Velocidaddetransmisión. ‐Interrupciones.

6.2.3Establecerlaarquitecturadelmicrocontrolador. ‐Bancosdememoria ‐Periféricos.

‐Registros.7.Definirherramientasdedesarrollo.7.1Adquirirunaherramientadedesarrollodesoftware.

7.1.1InstalarelMPLAB. ‐Conseguirelsetupparainstalarlo. ‐Contarconrequerimientosdelsoftware,enlamaquinaqueseinstalara.

7.2Adquirirunaherramientadedesarrollodesimulación. 7.2.1InstalarelISISdeProteus. ‐Investigartutorialparainstalación.

‐Conseguirkeygen.7.3AdquirirunaherramientadedesarrollodePCBs. 7.3.1InstalarAresdeProteus.

‐ConseguirelsetupconProteuscompleto.8.Diseñarundecodificadordedatosparadeterminarlogeneradoporelsensorinductivo.

8.1CrearunproyectoenambienteMPLAB. 8.1.1Conseguirlibreríasnecesarias. ‐TeneraccesoalareddeMicrochipenInternet.

8.2Tenerunmachotedeconfiguracióndelmicrocontroladorelegido. 8.2.1Contarconejemplosdeprogramasyarealizados. ‐Tomarelsegmentodecódigoqueseadeutilización.

8.2.2Recabarinformaciónenforosdeltema. ‐Externardudasacompañerosconmásexperiencia. ‐Iniciartemaenforocondudasespecíficas. 8.3Definirnúmerodedispositivosdevisualizaciónymanipulaciónalosqueelusuarioaccederá. 8.3.1Clasificardispositivosdeentrada. ‐Definirlosinterruptoresopulsadoresconlosqueelusuariointeractuara.

8.3.2Clasificardispositivosdesalida. ‐Dispositivosdevisualizaciónparaelcomportamientodelsistema. ‐Dispositivosfinalesacontrolar

8.4Crearelnúmerodesubrutinaspropiasautilizar. 8.4.1Adquirirsetdeinstrucciones. ‐Recabarinformacióndelconjuntodeinstruccionesautilizar.

‐Accederaforodemicrochip. 8.4.2Diseñardiagramasdeflujo.

‐Segúnlorequerido,preestablecerelflujodelosdatosadquiridos. ‐UtilizarlaherramientaRAPTORparalafabricacióndediagramasdeflujo.

8.4.3Compilarypercatarsedelperfectofuncionamientodelasubrutina. ‐Hacercorridasenpapel. ‐Fijarnombrecaracterísticodependiendodelafunciónquerealiza.

8.5Diseñarlaparteprincipaldelprograma. 8.5.1Hacerlasllamadasasubrutinasparacomplementartodoelproyecto. ‐Revisarqueelproyectoengeneraltengaunflujo,paraevitarciclosinfinitos. 9.Diseñarelprototipoenambientedesimulación.9.1GeneraruncircuitoequivalenteenISISdeProteus. 9.1.1Percatarsedetenertodaslaslibreríasrequeridas.

‐Buscarloscomponentesnecesarios. ‐Cargarelprogramaenhexadecimal,almicrocontrolador. 9.1.2Realizarsimulaciónvirtualdelsistemacompleto.

‐Correrelsistema. ‐Verificartoleranciaafallas. ‐Verificarcumplacontodosrequerimientos.

10.Diseñarelprototipoentablilladeprueba.10.1Adquirirencantidadesdobles,todoelmaterialrequerido. 10.1.1Contactaraproveedoresquemanejenloscomponentesrequeridos.

‐Realizarlistadematerialrequerido.‐Contarconelcapitalparaadquirirloscomponentes

10.2Armaruncircuitocorrespondientealdelasimulación. 10.2.1Rutearcablesenprotoboard. ‐Contarconpinzasdecorteydepunta.

10.2.2Acomodarlosdispositivosenelespacioadecuado. ‐Establecerelespacioparacadacomponente.10.3Verificarfuncionamiento.

10.3.1Verificartoleranciaafallas. ‐Introducirdatospredeterminadosconfalla. 10.3.2Verificarcumplaconlosrequerimientos.

‐Hacerlaspruebaspertinentes.11.ImplementarcomunicaciónconPC.11.1InvestigaralmenosdosprotocolosparalacomunicacióndelMCUconlaPC.

11.1.1Recabarinformaciónbibliográfica. ‐Acudiralabiblioteca. ‐InvestigarenaparadosdeInternet.

12.Determinarlosdispositivosdesalidaacontrolar.12.1Crearunainterfazdepotenciaparacadadispositivodesalidafinalacontrolar. 12.1.1Investigarteoríadeperiféricosdesalida.

‐Retroalimentacióndetemasvistosenmateriasanteriores. ‐Recabarinformacióndeoptoacopladoresytransistoresdepotencia.

13.Construirinterfazusuarioadecuadaparalautilizacióndeldispositivo.13.1Diseñaruncircuitoimpresoreferentealcircuitodelasimulación.

13.1.1TransferirelcircuitodeISISaAresdeProteus. ‐Acomodarlaspistassegúnlorequerido.13.2Construirunacajadeproyectoadecuada.

13.2.1Insertarloscomponentesadquiridosenlatablilla. ‐Contarconinstrumentosparasoldarcomponentes. 13.2.2Perforaciónyadaptacióndecomponentesenlacaja.

‐Contarconherramientasdecortecomotaladro,segueta,cortadora.14.Implementarunmanualdeusuarioyunmanualtécnicodeservicio.14.1Realizarunmanualespecíficoparalautilizacióndelsistema.

14.1.1Redactarunmanualcontérminosclarosparacualquierusuario. ‐Tenerunredactordetextos. ‐Convertidorapdf,paracubrirlaautenticidaddelmanual.

14.2Realizarunmanualparadarmantenimiento. 14.2.1Redactarunmanualenelquetomeencuentalasposiblesfallas. ‐Redactarposiblesfallasymantenimientopreventivoallazoinductivo.

15.Exponertrabajofinal.15.1Tenerterminadoeldocumentoparapresentaracalificadoresantesdel14demayo. 15.1.1Imprimirdocumentofinalizadoparasuentrega.

‐Acudiralugardeimpresiónyempastado.

Calendarización

Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

Semanas Semanas Semanas Semanas Semanas Semanas

Actividad1.1.1 1 Actividad1.1.2 1



Actividad2.1.1 2



Actividad3.2.2 4




Actividad5.2.1 2



Actividad7.1.1 4




Actividad8.3.2 2


Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio

Semanas Semanas Semanas Semanas Semanas SemanasActividad8.4.3 3



Actividad10.2.1 1



Actividad12.1.1 3




Referencias.

[1],http://www.fornvalls.com/pdfs/detector_capsys.pdf,Oct.2009.[2],http://www.tyssatransito.com/Archivos_pdf/T4_DETECTORES_DE_TRANSITOS_2007_PDF/,Oct.

2009.[3],http://www.tyssatransito.com/pag_421.htm,Oct.2009.[4],http://www.tyssatransito.com/pag_422.htm,Oct.2009.

[5],JerryD.Wilson,Físicaconaplicaciones,McGRAW‐HILL,1993.[6],RamónPallasAreny,Sensoresyacondicionadoresdeseñal,McGRAW‐HILL,1993.[7],http://es.wikipedia.org/wiki/Corrientes_de_Foucault,Oct.2009.

[8],BenjaminC.Kuo,Sistemasdecontroldigital,CECSA,2003.

1

SISTEMA DIGITAL DETECTOR DE VEHÍCULOS PARA EL INGRESO A UN ESTACIONAMIENTO

por


Presentado al comité revisor del Instituto de Ingeniería y Tecnología de

la Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

para obtener el título de

INGENIERO EN SISTEMAS DIGITALES Y COMUNICACIONES

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE CIUDAD JUÁREZ

Mayo 2010

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE el DAD JUÁREZ Instituto de Ingeniería y Tecnología

EVALUACIÓN DE EXAMEN Fecha: 27 de Mayo del 2010 PROFESIONAL INTRACURRICULAR Horario: 17:00 - 19:00 HRS. NIVEL: LICENCIATURA

TEMA: "Sistema digital detector de vehículos para el ingreso a un estacionamiento"

La evaluación del examen profesional intracurricular consta de 4 partes: (Desarrollado en 1 hora)

1°._ Exposición por parte de los alumnos (máximo 20 minutos). 2°._ Réplica por parte del jurado. 3°.- Comentarios y/o recomendaciones. 4°._ Entrega de resultados.

Nombre del alumno: 0510 Zambrano Sánchez

Calificación Maestro de la materia (30%)

Calificación Director de Trabajo (40%)

Calificación del Jurado (30%)

TOTAL

Se recomienda que el' documento se deposite para consulta en la BIBLIOTECA SiD NolD

Director de Trabajo Jurado

Dr. Ernesto Sifuentes

FIRMADO EN ORIGINAL

2

SISTEMA DIGITAL DETECTOR DE VEHÍCULOS PARA EL INGRESO A

UN ESTACIONAMIENTO

Los miembros del comité revisor que aprobaron el proyecto

de titulación de: Oslo Zambrano Sánchez

José Jr. Mireles García

Titular de la materia

Abdi Delgado Salido

Asesor técnico

David García Chaparro

Coordinador de la carrera

Ernesto Sifuentes de la Hoya

Sinodal

Fco. Javier Enríquez Aguilera

Sinodal

3

AGRADECIMIENTOS

Dedico la presente en testimonio de gratitud por el apoyo, aliento y estimuló

mismos que posibilitaron la conquista de esta meta: Mi formación profesional.

Porque gracias al apoyo y consejo he llegado a realizar la más grande de mis metas.

La cuál constituye la herencia más valiosa que pudiera recibir. A quiénes me han heredado

el tesoro más valioso que puede dársele a un hijo, hermano, sobrino, nieto, primo, amigo,

tío: AMOR. A quiénes sin escatimar esfuerzo alguno, han sacrificado gran parte de su vida

para formarme y educarme. A quiénes la ilusión de su vida ha sido convertirme en persona

de provecho. A quiénes nunca podré pagar todos sus desvelos ni aún con las riquezas más

grandes del mundo. Por esto y más… Gracias.

A mi Madre, porque eres de esa clase de personas que todo lo comprende y dan lo

mejor de sí mismos sin esperar nada a cambio… porque sabes escuchar y brindar ayuda

cuando es necesario… porque te has ganado el cariño, admiración y respeto de todo el que

te conoce.

Al término de esta etapa de mi vida, quiero expresar un profundo agradecimiento a

mis amigos, quiénes con su ayuda, apoyo y comprensión me alentaron a lograr esta

hermosa realidad.

Como muestra de mi cariño y agradecimiento, por todo el conocimiento transmitido

y el apoyo brindado y porque hoy veo llegar a su fin una de las metas de mi vida, agradezco

la orientación que siempre me han otorgado cada uno de mis profesores en el transcurso de

mi estancia académica.

4

Sabiendo que no existirá una forma de agradecer una vida de sacrificio y esfuerzo,

quiero que sientan que el objetivo logrado también es de ustedes y que la fuerza que me

ayudó a conseguirlo fue su apoyo.

Gracias: por la oportunidad de existir, por su sacrificio en algún tiempo

incomprendido, por su ejemplo de superación incansable, por su comprensión y confianza,

por su amor y amistad incondicional por que sin su apoyo no hubiera sido posible la

culminación de mi carrera profesional. Por lo que ha sido y será… Gracias.

5

DECLARACIÓN DE ORIGINALIDAD

Por la presente afirmo con carácter de DECLARACIÓN JURADA que soy el único

autor de la tesis presentada, la cuál es por ende original en su formulación conceptual,

procedimientos de investigación, desarrollo del aparato demostrativo, análisis de los

resultados y conclusiones.

Declaro que la investigación es original, ya que sus contenidos son producto de mi

directa contribución intelectual. Todos los datos y las referencias a materiales ya publicados

están debidamente identificados con su respectivo crédito e incluidos en las notas

referenciales. Por lo tanto, me hago responsable de cualquier litigio o reclamación

relacionada con derechos de propiedad intelectual, exonerando de responsabilidad al comité

revisor y a la institución de pertenencia.

Este trabajo no ha sido previamente presentado en ninguna otra institución

educativa, organización o medio público y/o privado, ni lo será sin hacer expresa mención a

su condición de tesina presentada por mí y bajo mi autoría en la fecha a esta institución.


6

TABLA DE CONTENIDO

CAPÍTULO 1 ....................................................................................................................... 16

INTRODUCCIÓN ............................................................................................................ 16

CAPÍTULO 2 ...................................................................................................................... 19

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .......................................................................... 19

2.1 Planteamiento de la problemática ........................................................................... 19

2.2 Objetivo general ...................................................................................................... 19

2.3 Definición del problema técnico ............................................................................. 20

2.3.1 Objetivos particulares ........................................................................................... 20

2.4 Justificación ............................................................................................................. 20

2.5 Delimitaciones ......................................................................................................... 21

CAPÍTULO 3 ...................................................................................................................... 22

MARCO TEÓRICO .......................................................................................................... 22

3.1 Fundamentos electromagnéticos ............................................................................. 22

3.1.1 Campo magnético ............................................................................................. 22

3.1.2 Campo eléctrico ................................................................................................ 23

3.1.3 Campo electromagnético .................................................................................. 24

3.1.4 Corrientes de Foucault ...................................................................................... 25

3.1.5 Inductor ............................................................................................................. 26

3.1.6 Inductancia ........................................................................................................ 30

3.1.7 Sensores inductivos .......................................................................................... 31

3.2 Fundamentos electrónicos ....................................................................................... 32

3.2.1 Ondas ................................................................................................................ 32

3.2.1.1 Descripción matemática de la onda sinusoidal .......................................... 33

3.2.2 Oscilador ........................................................................................................... 34

3.2.3 Oscilador LC..................................................................................................... 34

3.2.4 Oscilador Hartley .............................................................................................. 35

3.2.5 Oscilador Colpitts ............................................................................................. 36

3.2.6 Oscilador de cristal ........................................................................................... 37

3.2.7 Diodo rectificador ............................................................................................. 37

3.2.8 MCU ................................................................................................................. 39

7

3.2.8.1 Conexiones básicas del MCU .................................................................... 41

3.2.8.1.1 Alimentación del MCU ....................................................................... 41

3.2.8.1.2 Oscilador ............................................................................................. 41

3.2.8.1.3 Reset .................................................................................................... 41

3.2.8.2 Conexión de periféricos al MCU ............................................................... 41

3.2.8.2.1 Puertos de entrada/salida ..................................................................... 42

3.2.8.2.2 Conexión de LCD ................................................................................ 42

3.2.8.2.3 Conexión de DIP switch ...................................................................... 43

3.2.8.3 Grabación del MCU ................................................................................... 43

3.2.8.3.1 Material y equipo requerido para la grabación del MCU .................... 43

3.2.8.3.2 Proceso de grabación ........................................................................... 44

3.2.8.3.3 Reset por software ............................................................................... 44

3.3 Fundamentos de software ........................................................................................ 44

3.3.1 Entorno MPLAB............................................................................................... 44

3.3.1.1 Directivas ................................................................................................... 45

3.3.2 Software de grabación IC-Prog ........................................................................ 45

CAPÍTULO 4 ...................................................................................................................... 46

MATERIALES Y MÉTODOS ......................................................................................... 46

4.1 Equipo de prueba, medición e implementación ...................................................... 46

4.1.1 Herramientas de desarrollo de software, simulación, diseño e implementación ................................................................................................................................... 46

4.1.2 Equipo de medición .......................................................................................... 48

4.1.3 Equipo de suministro y simulación .................................................................. 49

4.2 Diseño y construcción de bucle inductivo ............................................................... 50

4.2.1 Características eléctricas del bucle inductivo ................................................... 50

4.2.2 Material y equipo utilizado para la construcción del bucle inductivo de prueba ................................................................................................................................... 52

4.2.3 Diseño del bucle inductivo de prueba ............................................................... 52

4.2.4 Construcción del bucle inductivo de prueba ..................................................... 53

4.3 Diseño y construcción de oscilador inductivo ......................................................... 53

4.3.1 Etapa, circuito tanque LC ................................................................................. 54

4.3.2 Etapa, retroalimentación regenerativa y amplificación .................................... 55

4.3.3 Diseño y construcción de oscilador Colpitts basado en BJT ............................ 56

4.3.3.1 Material y equipo complementario utilizado para la construcción de oscilador Colpitts basado en BJT ........................................................................... 56

4.3.3.2 Diseño de oscilador Colpitts basado en BJT.............................................. 57

4.3.3.3 Construcción de oscilador Colpitts basado en BJT.................................... 58

8

4.3.4 Diseño y construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM ....................... 59

4.3.4.1 Material y equipo complementario utilizado para la construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM ...................................................................... 59

4.3.4.2 Diseño de oscilador Colpitts basado en OPAM ......................................... 59

4.3.4.3 Construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM ............................... 60

4.3.5 Etapa, conversión de onda ................................................................................ 60

4.3.5.1 Material y equipo utilizado para la construcción del convertidor de onda 60

4.3.5.2 Diseño de convertidor de onda .................................................................. 61

4.3.5.3 Construcción de convertidor de onda ........................................................ 62

4.3.6 Etapa, rectificación de la parte negativa de la señal ......................................... 62

4.3.6.1 Diseño e implementación de la etapa rectificadora ................................... 62

4.4 Diseño y construcción de circuito detector ............................................................. 63

4.4.1 Desarrollo de Hardware .................................................................................... 63

4.4.1.1 Material y equipo utilizado para la construcción del circuito detector ...... 63

4.4.1.2 Conexiones del MCU y sus periféricos ..................................................... 64

4.4.1.3 Implementación del circuito detector, en la tableta para prototipos .......... 66

4.4.2 Etapa de protección y desacoplo ...................................................................... 67

4.4.2.1 Regulación de la alimentación ................................................................... 67

4.4.2.2 Implementación de resonador .................................................................... 68

4.4.2.3 Bus triestado............................................................................................... 68

4.4.3 Desarrollo de Software ..................................................................................... 69

4.4.3.1 Creación del proyecto ................................................................................ 69

4.4.3.1.1 Descripción del archivo de encabezado .............................................. 70

4.4.3.2 Creación del programa contador de frecuencia ......................................... 71

4.4.3.3 Desarrollo del flujo de la interpretación de la frecuencia .......................... 74

4. 5 Diseño y construcción de PCB ............................................................................... 75

4.5.1 Material y equipo utilizado ............................................................................... 75

4.5.2 Diseño de encapsulados .................................................................................... 75

4.5.3 Generación de netlist y ruteo ............................................................................ 76

4.5.4 Impresión e insolación ...................................................................................... 78

4.5.5 Revelado ........................................................................................................... 78

4.5.6 Atacado y perforación ...................................................................................... 79

4.5.7 Ensamble y soldado de componentes ............................................................... 80

4.5.8. Construcción de gabinete ................................................................................. 80

CAPÍTULO 5 ...................................................................................................................... 81

RESULTADOS................................................................................................................. 81

5.1 Pruebas con bucle inductivo .................................................................................... 81

9

5.2 Pruebas con oscilador Colpitts basado en BJT ........................................................ 82

5.2.1 Implementación virtual del oscilador Colpitts basado en BJT ......................... 82

5.2.2 Implementación en tablilla perforada del oscilador Colpitts basado en BJT ... 83

5.3 Pruebas con oscilador Colpitts basado en OPAM ................................................... 85

5.3.1 Prueba de laboratorio con oscilador ................................................................. 85

5.3.2 Prueba a intemperie con oscilador .................................................................... 86

5.3.2.1 Prueba con bucle inductivo en pavimento ................................................. 90

5.4 Elección del oscilador inductivo a utilizar .............................................................. 92

5.5 Pruebas de Oscilador con señal cuadrada ............................................................... 92

5.6 Pruebas de periféricos y dispositivos de Hardware ................................................. 94

5.7 Prueba al circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia ......... 95

5.7.1. Implementación de circuito detector en gabinete ............................................ 95

5.7.2 Interpretación de las posibles configuraciones con el DIP Switch ................... 97

5.7.3 Interpretación de las posibles respuestas en la barra de LEDs ......................... 98

5.7.4 Función de interruptor OK/Config ................................................................... 99

CAPÍTULO 6 .................................................................................................................... 100

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS DE FUTURO .................................................. 100

6.1 Conclusiones ......................................................................................................... 100

6.2 Perspectivas de futuro ........................................................................................... 101

REFERENCIAS .............................................................................................................. 102

APÉNDICE A..................................................................................................................... 104

PROVEDORES DE SISTEMAS EXISTENTES ........................................................... 104

APÉNDICE B ..................................................................................................................... 106

HOJAS DE DATOS ........................................................................................................ 106

APÉNDICE C ..................................................................................................................... 128

CODIGO FUENTE ......................................................................................................... 128

APÉNDICE D..................................................................................................................... 156

DISEÑO DE PCB ........................................................................................................... 156

10

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1. Campo magnético producido por una corriente eléctrica. ................................. 22

Figura 3.2. Líneas de campo eléctrico. ................................................................................. 24

Figura 3.3. Desarrollo de un campo electromagnético. ........................................................ 25

Figura 3.4. Corrientes de Foucault inducidas. ...................................................................... 26

Figura 3.5. Diferentes tipos de inductores. ........................................................................... 27

Figura 3.6. Diagrama cartesiano de una bobina en CA. ....................................................... 28

Figura 3.7. Circuito RL, inductor cargándose. ..................................................................... 29

Figura 3.8. Circuito RL, cargando capacidades parásitas. .................................................... 29

Figura 3.9. Comportamiento del inductor. ........................................................................... 30

Figura 3.10. Campo magnético generado por una corriente que circula por una bobina. .... 32

Figura 3.11 Onda sinusoidal. ................................................................................................ 33

Figura 3.12. Curvas de tensión en un oscilador LC. ............................................................. 35

Figura 3.13. Oscilador Hartley. ............................................................................................ 36

Figura 3.14. Oscilador Colpitts............................................................................................. 36

Figura 3.15. Cristal de cuarzo. .............................................................................................. 37

Figura 3.16. Curva característica del diodo rectificador. ..................................................... 38

Figura 3.17. Rectificador de media onda. ............................................................................. 38

Figura 3.18. Proceso de rectificación de media onda. .......................................................... 38

Figura 3.19. Diagrama de pines del PIC16F84A. ................................................................. 39

Figura 3.20. Diagrama de bloques del PIC16F84A. ............................................................. 40

Figura 3.21. Grabación del MCU. ........................................................................................ 43

Figura 4.1. Equipo de cómputo utilizado. ............................................................................ 46

Figura 4.2. Programador utilizado. ....................................................................................... 47

Figura 4.3. Herramienta de diseño esquemático y simulación. ............................................ 47

Figura 4.4. Herramienta de diseño de PCB y visualización 3D. .......................................... 47

11

Figura 4.5. Herramienta de desarrollo de software. 48Figura 4.6. Pantalla típica del IC-Prog. .............................................................................................................................................. 48

Figura 4.7. Multímetro utilizado. .......................................................................................... 48

Figura 4.8. Medidor LCR utilizado. .................................................................................... 49

Figura 4.9. Osciloscopio utilizado. ....................................................................................... 49

Figura 4.10. Fuente de voltaje utilizada. .............................................................................. 49

Figura 4.11. Generador de funciones utilizado. .................................................................... 50

Figura 4.12. Cable 14 CAE, utilizado para construir bucle inductivo de prueba. ................ 52

Figura 4.13. Dimensiones del bucle inductivo de prueba. .................................................... 53

Figura 4.14. Construcción del bucle. .................................................................................... 53

Figura 4.15. Bucle inductivo de prueba terminado .............................................................. 53

Figura 4.16. Diagrama a bloques de Oscilador inductivo. ................................................... 54

Figura 4.17. Circuito tanque. ................................................................................................ 55

Figura 4.18. Oscilador Colpitts basado en BJT. ................................................................... 57

Figura 4.19. Oscilador basado en BJT. ................................................................................. 58

Figura 4.20. Filtro Choque. .................................................................................................. 58

Figura 4.21. Conectores del oscilador. ................................................................................. 58

Figura 4.22. Trimpot de ajuste de amplitud .......................................................................... 58

Figura 4.23. Oscilador Colpitts basado en OPAM. .............................................................. 59

Figura 4.24 Oscilador basado en OPAM. ............................................................................. 60

Figura 4.25 Prueba del Oscilador. ........................................................................................ 60

Figura 4.26. Oscilador con señal cuadrada. .......................................................................... 61

Figura 4.27. Oscilador con onda cuadrada. .......................................................................... 62

Figura 4.28. Diodo rectificando la señal al MCU. ................................................................ 63

Figura 4.29. Diagrama a bloques de circuito detector .......................................................... 64

Figura 4.30. Display LCD. ................................................................................................... 65

Figura 4.31. Diagrama esquemático. .................................................................................... 66

Figura 4.32. Circuito detector en tableta de prototipos. ....................................................... 67

Figura 4.33. Circuito regulador de alimentación. ................................................................. 68

Figura 4.34. Resonador cerámico de 4Mhz. ......................................................................... 68

12

Figura 4.35. Circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia. ................ 69

Figura 4.36. Posicionamiento de componentes en la tablilla. .............................................. 76

Figura 4.37. Layout de tablilla.............................................................................................. 77

Figura 4.38. Proceso de insolación. ...................................................................................... 78

Figura 4.39. Revelado de tablilla fotosensible. .................................................................... 79

Figura 4.40. Perforación de orificios en tablilla. .................................................................. 79

Figura 5.1. Prueba en campo con bucle inductivo ................................................................ 82

Figura 5.2 Visualización de la frecuencia de salida virtual. ................................................. 83

Figura 5.3. Frecuencia de salida del oscilador basado en BJT. ............................................ 84

Figura 5.4. Prueba con Oscilador basado en BJT. ................................................................ 84

Figura 5.5. Consumo de corriente en las fuentes de suministro de voltaje. ......................... 85

Figura 5.6. Frecuencia de salida del oscilador basado en OPAM. ....................................... 86

Figura 5.7. Vehículo ante el bucle inductivo ........................................................................ 87

Figura 5.8. Equipo útil para la prueba. ................................................................................. 87

Figura 5.9. Barrera vehicular instalada ................................................................................. 90

Figura 5.10. Bucle inductivo en pavimento. ......................................................................... 90

Figura 5.11. Simulación de la comparación de ondas. ......................................................... 93

Figura 5.12. Visualización de las diferentes formas de onda del Oscilador. ........................ 93

Figura 5.13. Visualización de la rectificación. ..................................................................... 94

Figura 5.14. Monitoreo de alimentación. ............................................................................. 94

Figura 5.15. Prueba con LCD. .............................................................................................. 94

Figura 5.16. Circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia. ................ 95

Figura 5.17. Resultado del atacado con cloruro férrico. ....................................................... 96

Figura 5.18. Ensamble y soldado de componentes. .............................................................. 96

Figura 5.19. Gabinete finalizado. ......................................................................................... 97

13

LISTA DE TABLAS Tabla 4.1 Determinación del numero de espiras. ................................................................. 52

Tabla 5.1. Variación en la inductancia del bucle. ................................................................. 82

Tabla 5.2. Frecuencia del oscilador en la primera prueba a intemperie. .............................. 87

Tabla 5.3 Frecuencia del oscilador en la segunda prueba a intemperie. .............................. 88

Tabla 5.4 Frecuencia del oscilador en la tercer prueba a intemperie. .................................. 89

Tabla 5.5. Frecuencia de salida en intemperie con bucle en pavimento. ............................. 91

14

LISTA DE ACRONIMOS

ALU Unidad aritmético lógica

AMR Magnetoresistencia anisótropa

BJT Transistor de unión bipolar, del inglés: Bipolar junction transistor

CA Corriente alterna

CAE Calibre de alambre estadounidense

CC Corriente continua

CD Corriente directa

DIP Encapsulado de dos líneas, del inglés: Dual in line package

EEPROM Memoria programable borrable de solo lectura, del inglés:

Electrically erasable programmable read only memory

FEM Fuerza electromotriz

IDE Entorno de desarrollo integrado, del inglés: Integrated Development

Environment

IIT Instituto de Ingeniería y Tecnología

LCD Pantalla de cristal líquido, del inglés: Liquid crystal display

LCR Instrumento de medición (inductancia (L), capacitancia (C) y

resistencia (R))

LED Diodo emisor de luz

MCU Unidad Microcontrolador, del inglés: Microcontroller Unit

MIPS Millón de instrucciones por segundo

MR Magnetoresistencia

MUX Multiplexor

OPAM Amplificador operacional

PCB Circuito impreso, del inglés: Printed circuit board

15

PIC Controlador de interfaz periférico, del inglés: Peripheral Interface

Controller

PVC Policloruro de vinilo

RAM Memoria de acceso aleatorio, del inglés: Random access memory

RF Radio Frecuencia

RISC Computadora con Conjunto de Instrucciones Reducidas, del inglés:

Reduced instruction set computing

ROM Memoria de solo lectura, del inglés: Read only memory

SFR Registro de funciones especiales, del inglés: Special function register

UACJ Universidad Autónoma de Ciudad Juárez

VCC Voltaje de corriente continua

VCD Voltaje de corriente directa

VCO Oscilador controlado por voltaje, del inglés: Voltage controlled

oscillator

16

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

El mundo del diseño en la ingeniería está evolucionando a un ritmo vertiginoso. En

menos de una generación, se ha pasado de buscar soluciones aproximadas mediante

groseras simplificaciones, a intentar encontrar la mejor de todas las posibles en problemas

de naturaleza extraordinariamente compleja. Múltiples, y de distinta índole, son los factores

que han contribuido a éste desarrollo. Cítese por ejemplo el esfuerzo económico de

empresas e instituciones en investigación; el aumento de la comunicación entre la dispersa

comunidad científica; tal vez una inherente capacidad del hombre para intentar buscar el

progreso... Pero entre todas las razones económicas, antropológicas, sociológicas o

filosóficas que se deseen encontrar, y que bien seguro podrían ser motivo de estudio, los

hechos reales que fundamentan el nivel conseguido: por un lado el aprendizaje del

desarrollo de los sistemas digitales y sus periféricos y por otro lado el desarrollo práctico de

aspectos de electrónica análoga y digital.

La presente tesis que tiene como objeto mostrar el proceso de diseño, construcción e

implementación de un sensor inteligente autoajustable para determinar presencia y/o

ausencia de vehículos.

Siendo esta la base para poder solucionar la problemática expuesta en el próximo

capítulo; y dar pie al inicio de la realización de sistemas por elaboración propia para la

solución de problemas interinstitucionales y así eliminar la dependencia con proveedores.

Planteando en esta tesis el diseño y construcción de un sistema digital para la detección

17

vehicular, siendo esta detección la seguridad de que en realidad se encuentra el vehículo

ante el estacionamiento del inmueble.

El sistema se conforma por: un bucle inductivo, que es el elemento sensible de la

detección, un circuito tanque LC, que es el que proporciona la frecuencia de oscilación del

sistema conformado por la bobina del bucle inductivo y dos capacitores en paralelo, la

etapa de amplificación y retroalimentación regenerativa; conformada por un arreglo de

resistencias y un OPAM, una etapa de conversión de onda rectificada y un circuito detector

en base a un MCU junto con sus diferentes periféricos.

A partir de presentarse cambios electromagnéticos significativos en la inductancia

del bucle inductivo a consecuencia de que un vehículo está sobre el bucle inductivo, se

presentan cambios consecutivos en las diferentes etapas del sistema, hasta que dichos

cambios son reflejados en el circuito detector, dándonos éste una respuesta eléctrica para

determinar la presencia (o ausencia) de vehículos, para hacer funcionar una pluma que

permite el ingreso de cada vehículo a un estacionamiento.

Se realizó el proyecto a partir de pruebas en laboratorio, hasta la implementación a

intemperie. La construcción del detector de vehículo se basa en el principio básico de

funcionamiento de un oscilador de frecuencia variable que cambia de frecuencia en

presencia de un objeto ferromagnético (vehículo). Se construyeron dos diferentes tipos de

bucle inductivo (haciendo referencia dimensional), se realizaron múltiples pruebas con

éstos y posteriormente uno de estos se incrusto en el pavimento. Se diseñaron dos

diferentes tipos de osciladores inductivos, determinando en el capítulo de resultados el más

idóneo para la aplicación.

Se diseñó el circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia en

tableta de prototipos. Posteriormente se diseñó el PCB y demás elementos de hardware,

apoyado de diversas herramientas de desarrollo electrónico.

18

Siendo el algoritmo de interpretación de la frecuencia en el MCU quien determine

cuando un cambio es significativo y cuando se considera interferencia, mala detección, o

cualesquiera de las seis posibles respuestas arrojadas por el sistema en la barra de LEDs.

Sirviendo éstas de interpretación para el personal dedicado a maniobrar el sistema, para así poder

ajustar la configuración adecuada en el DIP switch según el tipo de detección requerida.

Con el interruptor “OK/Config”, el técnico tiene la opción de restablecer los parámetros

iniciales a partir de los parámetros actuales, y así poder considerar masas ferromagnéticas no

existentes inicialmente al arranque de la inicialización del sistema. Además de tener un interruptor

de reset general de software.

19

CAPITULO 2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

2.1 Planteamiento de la problemática

En vista de que en la UACJ han venido abriendo más carreras con diferentes ramas de estudio, se ha generado un aumento demográfico estudiantil considerable.

Específicamente en el IIT, se ha visto un problema para tener acceso a

estacionamientos. Problema que tiende a agravarse debido a la misma tasa de incremento estudiantil, por ende más vehículos desean ingresar a estacionamientos, los cuales tienen un límite de espacio.

Actualmente se lleva a cabo un proyecto piloto en la institución, el cual consiste en

controlar el acceso de vehículos al estacionamiento de docentes, dicho proyecto cuenta con un dispositivo detector de vehículos que fue suministrado por un proveedor extranjero. Es posible que para futuros mantenimientos y/o rediseños siempre se estará siendo dependiente del soporte técnico del suministrador. Por lo tanto siempre se tendrá contemplado un gasto elevado para la adquisición, aplicación y mantenimiento del proyecto.

Por otro lado, estudiantes y empleados que conforman la institución pierden gran

parte de su tiempo al realizar grandes filas para ingresar a estacionamientos, teniendo en cuenta que se está llevando un control de ingreso de vehículos mediante visualización del personal de seguridad contratado por la misma institución. 2.2 Objetivo general

Determinar la ausencia o presencia de vehículos a la entrada del estacionamiento, para hacer funcionar una pluma que permite el ingreso de cada vehículo.

20

2.3 Definición del problema técnico

Implementar el diseño y construcción de un sistema digital para la detección vehicular a la entrada de un estacionamiento.

2.3.1 Objetivos particulares

Se plantean los siguientes objetivos particulares para la resolución del problema técnico:

a) Diseñar y construir un circuito oscilador inductivo.

b) Investigar sobre el diseño y construcción de bucles inductivos.

c) Diseñar y construir un circuito convertidor de señal senoidal a señal cuadrada.

d) Diseñar, simular e implementar un circuito receptor que muestre la frecuencia de trabajo del oscilador inductivo.

e) Realizar e implementar un algoritmo para considerar las variaciones de la frecuencia de salida del oscilador.

f) Realizar e implementar algoritmo para visualizar la detección y ajustar la sensibilidad del circuito.

g) Investigar sobre la realización y construcción de barrera vehicular.

2.4 Justificación

Este proyecto se desea realizar para poder tener un control del ingreso de vehículos a un estacionamiento de manera automática, en cuanto exista la presencia de un vehículo ante la entrada del estacionamiento, el sistema deberá detectar su presencia y determinar su ingreso, de esta manera se agilizará la entrada de alumnos y/o personal docente al instituto.

El proyecto piloto que está en marcha en la UACJ requiere de implementar un

diseño para poder sensar la presencia de un automóvil, el cual nos dé una respuesta eléctrica para determinar la presencia (o ausencia) de vehículos. El sistema será realizado

21

con los conocimientos adquiridos en el transcurso de la estancia en la universidad, a base de la experiencia de datos recabados en los antecedentes, e investigaciones preliminares de sistemas ya existentes. Aplicando la reingeniería para poder crear un sistema de bajo costo, dando de esta forma una aportación a la institución educativa a la que se pertenece, para la fabricación posterior de todos los sistemas detectores de vehículos para el acceso a cualquier estacionamiento de dicha institución.

De esta forma se evita la compra de sensores complejos y equipos de costos

elevados a compañías extranjeras, evitando de igual manera la dependencia que existe de las empresas suministradoras de sistemas o dispositivos adquiridos para poder brindar un servicio de mantenimiento o rediseño.

Los usuarios se percatarán del beneficio para toda la comunidad universitaria dando

este tipo de servicios y comodidades para el ingreso a cualquier estacionamiento de la institución. Tratando de contagiar el ámbito por la reingeniería en la utilización de sistemas por elaboración propia, aplicando los conocimientos que se tienen e inclinándose por el espíritu de la investigación. 2.5 Delimitaciones

a) Se sensarán vehículos comunes, con dimensiones y masas ferrosas similares, pudiendo dejar fuera a vehículos pequeños y a vehículos con suspensiones elevadas.

b) La eficiencia del sistema depende del cuidado y mantenimiento que se le dé al pavimento que recubre al bucle inductivo.

c) Se cuenta con una limitación de tiempo de un semestre para el desarrollo del proyecto.

d) A pesar de contar con financiamiento económico de la coordinación del departamento de la carrera, se establece un límite económico.

e) No se cuenta con el completo acceso a toda la inmensa bibliografía existente,

delimitando la investigación a lo existente en bibliotecas de la ciudad.

22

CAPÍTULO 3

MARCO TEÓRICO

3.1 Fundamentos electromagnéticos

La electricidad y el magnetismo guardan una estrecha relación entre sí. Veremos que son inseparables, puesto que hablamos de fuerzas eléctricas y fuerzas magnéticas. Sin embargo existe diferencia entre la fuerza eléctrica y la fuerza magnética, que incluye cargas eléctricas. Puesto que ambas fuerzas se originan esencialmente en cargas eléctricas, algunas veces se aplica a las dos la designación fuerza eléctrica [1].

3.1.1 Campo magnético

Un campo magnético tiene dos fuentes que lo originan. Una de ellas es una corriente eléctrica de convección, que da lugar a un campo magnético estático. Por otro lado una corriente de desplazamiento origina un campo magnético variante en el tiempo, incluso aunque aquélla sea estacionaria. La relación entre el campo magnético y una corriente eléctrica está dada por la ley de Ampere.

Figura 3.1. Campo magnético producido por una corriente eléctrica.

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Entonces un campo magnético es una región del espacio en la cual una carga eléctrica puntual de valor q que se desplaza a una velocidad v, sufre los efectos de una fuerza que es perpendicular y proporcional tanto a la velocidad como al campo, llamada inducción magnética o densidad de flujo magnético. Así, dicha carga percibirá una fuerza descrita con la siguiente igualdad.

(3.1)

Donde B, es la inducción magnética o flujo magnético [2].

Como ejemplo para ver la naturaleza un poco distinta del campo magnético, basta

considerar el intento de separar el polo de un imán. Aunque rompamos un imán por la mitad éste "reproduce" sus dos polos. Si ahora volvemos a partir otra vez en dos, nuevamente tendremos cada trozo con dos polos norte y sur diferenciados. En magnetismo no existen los monopolos magnéticos.

Si bien algunos materiales magnéticos han sido conocidos desde la antigüedad,

como por ejemplo el poder de atracción que sobre el hierro ejerce la magnetita, no fue sino hasta el siglo XIX cuando la relación entre la electricidad y el magnetismo quedó plasmada, pasando ambos campos de ser diferenciados a formar el cuerpo de lo que se conoce como electromagnetismo [3].

3.1.2 Campo eléctrico

El origen de los campos magnéticos en las corrientes eléctricas manifiestan la siguiente expresión: “una corriente más fuerte resulta en un campo más fuerte”. Entonces un campo eléctrico existe aunque no haya corriente. Cuando hay corriente, la magnitud del campo magnético cambiará con el consumo de potencia, pero la fuerza del campo eléctrico quedará igual.

El campo eléctrico es la distorsión que sufre el espacio debido a la presencia de una

carga. Considerando esto se puede obtener una expresión del campo eléctrico cuando éste sólo depende de la distancia entre las cargas:

(3.2) Matemáticamente un campo se lo describe mediante dos de sus propiedades, su

divergencia y su rotacional. La ecuación que describe la divergencia del campo eléctrico se conoce como ley de Gauss y la de su rotacional es la ley de Faraday.

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Los campos eléctricos pueden tener su origen tanto en cargas eléctricas como en campos magnéticos variables. Las primeras descripciones de los fenómenos eléctricos, como la ley de Coulomb, sólo tenían en cuenta las cargas eléctricas, pero las investigaciones de Michael Faraday y los estudios posteriores de James Clerk Maxwell permitieron establecer las leyes completas en las que también se tiene en cuenta la variación del campo magnético

Haciendo referencia a la figura 3.2, una carga puntual positiva dará lugar a un mapa

de líneas de fuerza radiales, puesto las fuerzas eléctricas actúan siempre en la dirección de la línea que une a las cargas interactuantes, y dirigidas hacia fuera porque las cargas móviles positivas se desplazarían en ese sentido (fuerzas repulsivas). En el caso del campo debido a una carga puntual negativa el mapa de líneas de fuerza sería análogo, pero dirigidas hacia la carga central. Como consecuencia de lo anterior, en el caso de los campos debidos a varias cargas las líneas de fuerza nacen siempre de las cargas positivas y mueren en las negativas. Se dice por ello que las primeras son «manantiales» y las segundas «sumideros» de líneas de fuerza [4].

Figura 3.2. Líneas de campo eléctrico.

Esta definición general indica que el campo no es directamente medible, sino a través de la ponderación de la fuerza actuante sobre alguna carga. La idea de campo eléctrico fue propuesta por Faraday al demostrar el principio de inducción electromagnética [5].

3.1.3 Campo electromagnético

Existen diferentes fuentes de generación de campos electromagnéticos, en el medio en que vivimos, hay campos electromagnéticos por todas partes, pero son invisibles para el ojo humano. Se producen campos eléctricos por la acumulación de cargas eléctricas en determinadas zonas de la atmósfera por efecto de las tormentas. El campo magnético

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terrestre provoca la orientación de las agujas de los compases en dirección norte-sur, los pájaros y peces lo utilizan para orientarse. Además de las fuentes naturales, en el espectro electromagnético existen también fuentes generadas por el hombre: Para diagnosticar la rotura de un hueso por un accidente deportivo, se utilizan rayos X. La electricidad surge de cualquier toma de corriente, lleva asociados campos electromagnéticos de frecuencia baja. Además, diversos tipos de ondas de radio de frecuencia más altas se utilizan para transmitir información, ya sea por medio de antenas de televisión, estaciones de radio o estaciones base de telefonía móvil.

Un Campo electromagnético es un campo físico, de tipo tensorial, que afecta a

partículas con carga eléctrica.

Figura 3.3. Desarrollo de un campo electromagnético.

Fijado un sistema de referencia podemos descomponer convencionalmente el campo electromagnético en una parte eléctrica y en una parte magnética. Sin embargo, un observador en movimiento relativo respecto a ese sistema de referencia medirá efectos eléctricos y magnéticos diferentes, lo cual ilustra la relatividad de lo que llamamos parte eléctrica y parte magnética del campo electromagnético. Como consecuencia de lo anterior tenemos que ni el "vector" campo eléctrico ni el "vector" de inducción magnética se comportan genuinamente como magnitudes físicas de tipo vectorial, sino que juntos constituyen un tensor para el que sí existen leyes de transformación físicamente esperadas [6][7].

3.1.4 Corrientes de Foucault

La corriente de Foucault (o corriente parásita) es un fenómeno eléctrico descubierto por el físico francés León Foucault. Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor. Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo

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magnético aplicado, tal como expresa la Ley de Lenz. Cuanto más fuerte sea el campo magnético aplicado, o mayor la conductividad del conductor, o mayor la velocidad relativa de movimiento, mayores serán las corrientes de Foucault y los campos opositores generados [8].

Figura 3.4. Corrientes de Foucault inducidas.

3.1.5 Inductor

Un inductor o bobina es un componente pasivo de un circuito eléctrico que, debido al fenómeno de la autoinducción, almacena energía en forma de campo magnético.

Un inductor está constituido usualmente por una cabeza hueca de una bobina de

conductor, típicamente alambre o hilo de cobre esmaltado. Existen inductores con núcleo de aire o con núcleo de un material ferroso, para incrementar su capacidad de magnetismo [9].

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Figura 3.5. Diferentes tipos de inductores.

La bobina almacena energía eléctrica en forma de campo magnético cuando aumenta la intensidad de corriente, devolviéndola cuando ésta disminuye. Matemáticamente se puede demostrar que la energía, , almacenada por una bobina con inductancia L, que es recorrida por una corriente de intensidad I, viene dada por [12]:

(3.3)

Una bobina ideal en CC se comporta como un corto circuito (conductor ideal), ya que al ser i(t) constante, es decir, no varía en el tiempo, no hay autoinducción de ninguna FEM.

(3.4)

Una bobina real en régimen permanente se comporta como una resistencia cuyo

valor RL será el de su devanado. En régimen transitorio, esto es, al conectar o desconectar un circuito con bobina, suceden fenómenos electromagnéticos que inciden sobre la corriente.

En CA, una bobina ideal ofrece una resistencia al paso de la corriente que recibe el

nombre de reactancia inductiva, , cuyo valor viene dado por el producto de la pulsación ( ) por la inductancia, L:

(3.5)

28

Al conectar una CA senoidal a una bobina aparecerá una corriente , también senoidal, esto es, variable, por lo que, aparecerá una fuerza contra electromotriz. Por tanto, cuando la corriente aumenta, disminuye para dificultar dicho aumento; análogamente, cuando disminuye, aumenta para oponerse a dicha disminución. Esto puede apreciarse en el diagrama de la figura 3.6. Entre 0º y 90º la curva es negativa, disminuyendo desde su valor máximo negativo hasta cero, observándose que e (t) va aumentando hasta alcanzar su máximo negativo. Entre 90º y 180º, la corriente aumenta desde cero hasta su valor máximo positivo, mientras e (t) disminuye hasta cero.

Dado que la tensión aplicada, v (t) es igual a -e (t) , o lo que es lo mismo, está

desfasada 180º respecto de e (t ), resulta que la corriente i (t) queda retrasada 90º respecto a la tensión aplicada.

Por lo tanto, en los circuitos de CA, una bobina ideal se puede asimilar a una magnitud compleja sin parte real y parte imaginaria positiva:

(3.6)

En la bobina real, habrá que tener en cuenta la resistencia de su bobinado, RL, dependiendo del tipo de bobina o frecuencia de funcionamiento, aunque para análisis más precisos pueden utilizarse modelos más complejos que los anteriores [10].

Figura 3.6. Diagrama cartesiano de una bobina en CA.

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Examinando el comportamiento práctico de un inductor cuando se interrumpe el circuito que lo alimenta, como lo muestra la figura 3.8, en la figura 3.7 aparece un inductor que se carga a través de una resistencia y un interruptor. El condensador dibujado en punteado representa las capacidades parásitas del inductor. Está dibujado separado del inductor, pero en realidad forma parte de él, porque representa las capacidades parásitas de las vueltas del devanado entre ellas mismas. Todo inductor tiene capacidades parásitas, incluso los devanados especialmente concebidos para minimizarlas.

Figura 3.7. Circuito RL, inductor cargándose.

A un cierto momento el interruptor se abre. Se expone a continuación la definición de inductancia:

(3.7)

Para que la corriente que atraviesa el inductor se detenga instantáneamente, sería necesaria la aparición de una tensión infinita, y eso no puede suceder. ¿Qué hace la corriente? Pues continúa pasando. ¿Por dónde? Ella "se las arregla" para continuar. Al principio, el único camino que tiene es a través de las capacidades parásitas. La corriente continúa circulando a través de la capacidad parásita, cargando negativamente el punto alto del condensador en el dibujo.

Figura 3.8. Circuito RL, cargando capacidades parásitas.

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Nos encontramos con un circuito LC que oscilará a una pulsación:

(3.8)

Donde es el valor equivalente de las capacidades parásitas. Si los aislamientos del devanado son suficientemente resistentes a las altas tensiones, y si el interruptor conmuta bien el circuito, la oscilación continuará con una amplitud que se amortiguará debido a las pérdidas dieléctricas y resistivas de las capacidades parásitas del conductor que conforma el inductor [10].

Figura 3.9. Comportamiento del inductor.

3.1.6 Inductancia

El término "inductancia" fue empleado por primera vez por Oliver Heaviside en febrero de 1886, mientras que el símbolo L se utiliza en honor al físico Heinrich Lenz.

En un Inductor o bobina, se denomina inductancia, L, a la relación entre el flujo magnético, y la intensidad de corriente eléctrica, I:

(3.9)

El flujo que aparece en esta definición es el flujo producido por la corriente I exclusivamente. No deben incluirse flujos producidos por otras corrientes ni por imanes situados cerca ni por ondas electromagnéticas.

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La inductancia, es un valor intrínseco de las bobinas, que depende del diámetro de las espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se opone al cambio del sentido de la corriente y se calcula de la siguiente manera [11]:

(3.10)

Donde:

XL = Reactancia Inductiva medida en Ohms () π = Constante Pi. f = Frecuencia del sistema medida en Hertz (Hz) L = Inductancia medida en Henrios (H) La impedancia de una bobina por la que circula una corriente alterna queda alterada

si se produce una superficie conductora dentro de su campo magnético. Ello es debido a que se inducen corrientes de Foucault en la superficie que crean su propio campo magnético, opuesto al de la bobina. Cuanto más próximas estén de la bobina de la superficie, mayor será el cambio de impedancia [12].

3.1.7 Sensores inductivos

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales ferromagnéticos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación y de conteo).

Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado, que tiene la dirección de las flechas naranjas en la figura 3.10. Cuando un metal es acercado al campo magnético generado por el sensor de proximidad, éste es detectado.

La bobina del sensor inductivo induce corrientes de Foucault en el material a detectar. Éstas, a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del sensor, causando una reducción en la inductancia de la misma. Esta reducción en la inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminución en la impedancia de ésta [12] [13].

32

Figura 3.10. Campo magnético generado por una corriente que circula por una bobina.

3.2 Fundamentos electrónicos

En la actualidad el estudio de la electrónica se divide en dos áreas: electrónica analógica y electrónica digital. En el campo de la electrónica analógica, se encuentran aquellos dispositivos que durante su operación utilizan o manipulan señales análogas, como pueden ser: Voltaje, corriente eléctrica, temperatura, luminosidad, etc. En contraste a la electrónica analógica se encuentra el campo digital o electrónica digital, en donde los dispositivos operan solamente con voltaje de corriente directa a niveles de voltaje digital o voltaje binario, es decir, estos dispositivos únicamente reconocen dos tipos de señales; entre cinco volts de VCD para un nivel alto (uno lógico) y entre cero volts de VCD para un nivel bajo (cero lógico).

3.2.1 Ondas

Las ondas periódicas están caracterizadas por crestas/montes y valles, y usualmente se categorizan como longitudinales o transversales. Una onda transversal es aquélla con las vibraciones perpendiculares a la dirección de propagación de la onda; ejemplos incluyen ondas en una cuerda y ondas electromagnéticas. Ondas longitudinales son aquéllas con vibraciones paralelas en la dirección de la propagación de las ondas; ejemplos incluyen ondas sonoras.

• Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.

• Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda de ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.

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• Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

• Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración en otras palabras es una simple repetición de valores por un período determinado.

• Valle: Es el punto más bajo de una onda. • Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas.

3.2.1.1 Descripción matemática de la onda sinusoidal

Desde un punto de vista matemático, la onda más sencilla o fundamental es el armónico (sinusoidal) la cual es descrita por la ecuación:

(3.11) Donde A es la amplitud de una onda, una medida de máximo vacío en el medio durante un ciclo de onda (la distancia máxima desde el punto más alto del monte al equilibrio). En la figura 3.11, está es la distancia máxima vertical entre la base y la onda. Las unidades de amplitud dependen del tipo de onda, las ondas en una cuerda tienen una amplitud expresada como una distancia (metros), las ondas sonoras como presión (pascales) y ondas electromagnéticas como la amplitud del campo eléctrico (voltios/metros). La amplitud puede ser constante, o puede variar con el tiempo y/o posición. La forma de la variación de amplitud es llamada la envolvente de la onda.

Figura 3.11 Onda sinusoidal.

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La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos montes o valles seguidos. Suele medirse en metros, aunque en óptica es más común usar los nanómetros o los Angstroms (Å). Un número de onda angular k puede ser asociado con la longitud de onda por la relación:

(3.12) El periodo T es el tiempo para un ciclo completo de oscilación de la onda. La frecuencia f es cuantos periodos por unidad de tiempo (por ejemplo un segundo) y es medida en hertz. Esto es relacionado por:

(3.13)

En otras palabras, la frecuencia y el periodo de una onda son recíprocos entre sí. La frecuencia angular ω representa la frecuencia en radianes por segundo. Está relacionada con la frecuencia por

(3.14)

3.2.2 Oscilador

En electrónica un oscilador es un circuito capaz de convertir la CC en una corriente que varía de forma periódica en el tiempo (corriente periódica); estas oscilaciones pueden ser senoidales, cuadradas, triangulares, etc., dependiendo de la forma que tenga la onda producida. Un oscilador de onda cuadrada suele denominarse multivibrador y por lo tanto, se les llama osciladores sólo a los que funcionan en base al principio de oscilación natural que constituyen una bobina L (inductancia) y un condensador C (Capacitancia), mientras que a los demás se les asignan nombres especiales.

En un oscilador electrónico lo que se pretende es obtener un sistema de oscilación

que sea estable y periódico, manteniendo una frecuencia y una forma de onda constante. Para ello se aprovecha el proceso natural de oscilación amortiguada que poseen los circuitos compuestos por elementos capacitivos o inductivos. Estos elementos tienen la capacidad de almacenar carga eléctrica en su interior (cargarse eléctricamente) y descargarse cuando la carga que los alimentaba ha desaparecido [14].

3.2.3 Oscilador LC

Un oscilador LC está formado por una bobina y un condensador en paralelo. Su funcionamiento se basa en el almacenamiento de energía en forma de carga eléctrica en el condensador y en forma de campo magnético en la bobina.

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Al estar el condensador y la bobina en paralelo, la energía almacenada por el campo eléctrico del condensador (en forma de cargas electroestáticas), es absorbida por la bobina, que la almacena en su campo magnético, pero a continuación es absorbida y almacenada por el condensador, para ser nuevamente absorbida por la bobina, y así sucesivamente. Esto crea un vaivén de la corriente entre el condensador y la bobina. Este vaivén constituye una oscilación electromagnética, en la cual el campo eléctrico y el magnético son perpendiculares entre sí, lo que significa que nunca existen los dos al mismo tiempo, ya que cuando está el campo eléctrico en el condensador no existe campo magnético en la bobina, y viceversa [14].

Figura 3.12. Curvas de tensión en un oscilador LC.

La característica de este tipo de circuito, también conocido como circuito tanque LC, es que la velocidad con que fluye y regresa la corriente desde el condensador a la bobina o viceversa, se produce con una frecuencia (f) propia, denominada frecuencia de resonancia, que depende de los valores del condensador (C) y de la bobina (L), y viene dada por la siguiente fórmula [15]:

(3.15)

3.2.4 Oscilador Hartley

El Oscilador Hartley es un tipo de oscilador muy utilizado en receptores de radio con transistores, adaptándose con facilidad a una gran gama de frecuencias mediante el ajuste de un capacitor variable. Para su funcionamiento este circuito utiliza una bobina con derivación central.

Analizando el diagrama de la figura 3.13, se ve que el punto de derivación D de la

bobina L1, estará puesto a tierra para CA (a la frecuencia de oscilación) a través del condensador C4. De esta manera se logra que los extremos A y B de la bobina estén 180° fuera de fase.

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El extremo B se realimenta a la base del transistor a través de C1, haciendo que el transistor cambie de estado, igualmente cambian las polaridades en los extremos de la bobina, repitiéndose el proceso y produciéndose así la oscilación.

La función de la bobina L2 es de choque de RF y evita que la señal del oscilador

pase a la fuente de alimentación [16].

Figura 3.13. Oscilador Hartley.

3.2.5 Oscilador Colpitts

El oscilador Colpitts es un tipo de oscilador LC, es muy utilizado en generadores de frecuencia de alta calidad y se usa principalmente para obtener frecuencia por encima de 1Mhz. Su estabilidad es superior a la del oscilador Hartley.

Para poder lograr la oscilación este circuito utiliza un divisor de tensión formado por

dos capacitores: C1 y C2. De la unión de estos capacitores sale una conexión a tierra. De esta manera la tensión en las terminales superior de C1 e inferior de C2 tendrá tensiones opuestas.

La realimentación positiva se obtiene de la terminal inferior de C2 y es llevada a la base del transistor a través de una resistencia y un condensador. [17].

Figura 3.14. Oscilador Colpitts.

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3.2.6 Oscilador de cristal

Un oscilador de cristal es aquel oscilador que incluye en su realimentación un

resonador piezoeléctrico, el cual se caracteriza por su estabilidad de frecuencia y pureza de fase, dada por el resonador.

La frecuencia es estable frente a variaciones de la tensión de alimentación. La

dependencia con la temperatura depende del resonador, pero un valor típico para cristales de cuarzo es de 0' 005% del valor a 25 °C, en el margen de 0 a 70 °C.

Estos osciladores admiten un pequeño ajuste de frecuencia, con un condensador en

serie con el resonador, que aproxima la frecuencia de éste, de la resonancia serie a la paralela. Este ajuste se puede utilizar en los VCO para modular su salida [18].

Figura 3.15. Cristal de cuarzo.

3.2.7 Diodo rectificador

Un diodo (del griego: dos caminos) es un dispositivo semiconductor que permite el paso de la corriente eléctrica en una única dirección con características similares a un interruptor. De forma simplificada, la curva característica de un diodo (I-V) consta de dos regiones: por debajo de cierta diferencia de potencial, se comporta como un circuito abierto (no conduce), y por encima de ella como un circuito cerrado con una resistencia eléctrica muy pequeña.

Debido a este comportamiento, se les suele denominar rectificadores, ya que son

dispositivos capaces de suprimir la parte negativa de cualquier señal, como paso inicial para convertir una corriente alterna en corriente continua. Su principio de funcionamiento está basado en los experimentos de Lee De Forest [19].

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Figura 3.16. Curva característica del diodo rectificador.

El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una señal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtiéndola en corriente directa de salida (Vo).

Es el circuito más sencillo que puede construirse con un diodo.

Figura 3.17. Rectificador de media onda.

Figura 3.18. Proceso de rectificación de media onda.

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3.2.8 MCU

Los MCU se utilizan en circuitos electrónicos comerciales desde hace unos años de forma masiva, debido a que permiten reducir el tamaño y el costo de los equipos. Un ejemplo de éstos son los teléfonos móviles, las cámaras de video, la televisión digital, la transmisión por satélite, los hornos de microondas, por mencionar algunos.

En los últimos años se ha facilitado enormemente el trabajo con los MCU al bajar

los precios, aumentar las prestaciones y simplificar los montajes, de manera que en muchas ocasiones merece la pena utilizarlos en aplicaciones donde antes se utilizaba lógica discreta.

En este auge ha influido decisivamente la política de Microchip al ofrecer la

documentación y todo el software necesario de forma gratuita en su página Web www.microchip.com. Esto, junto con otras cuestiones técnicas, ha hecho que hoy en día resulte muy fácil incluir los MCU PIC no sólo en los diseños de los aficionados a la electrónica, sino también en complejos diseños digitales.

Entre los MCU PIC destaca el PIC16F84A cuya simplicidad, prestaciones, facilidad

de uso y precio lo han convertido en el más popular de los MCU. Cuenta con una arquitectura de 8 bits, 18 pins, y un set de instrucciones RISC muy

amigable para memorizar y fácil de entender, internamente consta de:

• Memoria Flash de programa (1K x 14). • Memoria EEPROM de datos (64 x 8). • Memoria RAM (68 registros x 8). • Un temporizador/contador (Timer de 8 bits). • Un divisor de frecuencia. • Varios puertos de entrada-salida (13 pines en dos puertos, 5 pines el puerto A y 8

pines el puerto B).

Figura 3.19. Diagrama de pines del PIC16F84A.

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Otras características son: • Manejo de interrupciones (de 4 fuentes). • Perro guardián (watchdog). • Bajo consumo. • Frecuencia de reloj externa máxima 20MHz. La frecuencia de reloj interna es un

cuarto de la externa, lo que significa que con un reloj de 20Mhz, el reloj interno sería de 5Mhz y así pues se ejecutan 5 MIPS.

• No posee conversores analógicos-digital ni digital-analógicos. • Pipe-line de 2 etapas, 1 para búsqueda de instrucción y otra para la ejecución de la

instrucción (los saltos ocupan un ciclo más). • Repertorio de instrucciones reducido (RISC), con tan sólo 30 instrucciones

distintas. • 4 tipos distintos de instrucciones, orientadas a byte, orientadas a bit, operación entre

registros, de salto [20] [21] [22].

Figura 3.20. Diagrama de bloques del PIC16F84A.

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En el Apéndice B se encuentra información más detallada y con aspectos más técnicos sobre las características del MCU.

3.2.8.1 Conexiones básicas del MCU

Las diferentes conexiones presentadas en el MCU que se consideran básicas son presentadas a continuación.

3.2.8.1.1 Alimentación del MCU

Normalmente el MCU PIC16F84A es alimentado con 5V aplicados entre las terminales Vdd y Vss, que son alimentación y masa respectivamente. 3.2.8.1.2 Oscilador

Todo MCU requiere de un circuito que le indique la velocidad de trabajo, es el llamado oscilador o reloj. Éste genera una onda cuadrada de alta frecuencia que se utiliza como señal para sincronizar todas las operaciones del sistema. Este circuito es muy simple pero de vital importancia para el buen funcionamiento del sistema. Generalmente todos los componentes del reloj se encuentran integrados en el propio MCU y tan sólo requieren unos pocos componentes externos, como un cristal de cuarzo o una red RC, para definir la frecuencia de trabajo. En el PIC16F84A los pines OSC1/CLKIN y OSC2/CLKOUT son las líneas utilizadas para este fin. En este caso se utiliza un oscilador XT, el cual se muestra físicamente en la figura 3.15. 3.2.8.1.3 Reset

El llamado reset en un MCU provoca la reinicialización de su funcionamiento, un “comienzo a funcionar desde cero”. En este estado, la mayoría de los dispositivos internos del MCU toman un estado conocido. En los MCU se requiere un pin de reset para reiniciar el funcionamiento del sistema cuando sea necesario. El pin de reset en los PIC se denomina MCLR (Master Clear) y produce un reset cuando se le aplica un nivel lógico bajo. 3.2.8.2 Conexión de periféricos al MCU

El MCU se comunica con el mundo exterior a través de los puertos. Éstos están construidos por líneas digitales de entrada/salida que trabajan a 0 y 5V. Los puertos se pueden configurar como entradas para recibir datos o como salidas para gobernar dispositivos externos.

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3.2.8.2.1 Puertos de entrada/salida

El PIC16F84A tiene dos puertos, tal como se ilustra en el diagrama a bloques de la figura 3.20:

• El puerto A con 5 líneas, pines RA0 a RA4. • El puerto B con 8 líneas, pines RB0 a RB7.

Cada línea puede ser configurada como entrada o como salida, independientemente

una de otras, según se programe. Las líneas son capaces de entregar niveles TTL cuando la tensión de alimentación aplicada en Vdd es de 5V. La máxima capacidad de corriente de cada una de ellas es:

• 25mA en lógica negativa. Sin embargo, la suma de las intensidades por las 5 líneas

del Puerto A no puede exceder de 80mA, ni la suma de las 8 líneas del puerto B puede exceder de 150mA.

• 20mA en lógica positiva. Sin embargo, la suma de las intensidades por las 5 líneas del Puerto A no puede exceder de 50mA, ni la suma de las 8 líneas del puerto B puede exceder de 100mA.

3.2.8.2.2 Conexión de LCD

Las pantallas LCD para mensajes tienen la capacidad de mostrar cualquier carácter alfanumérico, permitiendo representar la información que genera cualquier equipo electrónico de una forma fácil y económica. La pantalla consta de una matriz de caracteres (normalmente de 5x7 puntos) distribuidos en dos líneas de 16 hasta 40 caracteres cada línea. El proceso de visualización es gobernado por un MCU incorporado a la pantalla, siendo el Hitachi 44780 el modelo más utilizado. Distintos fabricantes ofrecen multitud de versiones de visualizadores de cristal líquido. El modelo utilizado es el SMC-1622 de la marca Samsung, que es un módulo LCD de dos líneas de diez y seis caracteres cada una. Su fácil manejo lo hace ideal para dispositivos que necesitan una capacidad de visualización pequeña o media. La alimentación es de +5V. La regulación de contraste se realiza mediante el voltaje obtenido al dividir los 5V con una resistencia ajustable de 10KΩ (RV1) y aplicárselo al pin VEE.

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3.2.8.2.3 Conexión de DIP switch

Los interruptores y pulsadores son dispositivos que permiten introducir un nivel lógico “0” ó “1” según la posición en que se encuentren, “cerrado” o “abierto”. La lectura del estado de interruptores y pulsadores es muy simple, basta con conectar estos dispositivos a una entrada y tierra, forzar la entrada a una nivel lógico alto (5V) mediante una resistencia Pull-Up de unos 10KΩ. 3.2.8.3 Grabación del MCU

Un MCU es un circuito integrado programable que contiene todos los componentes necesarios para controlar el funcionamiento de una tarea determinada. El MCU dispone de una memoria de programa interna donde se almacena el programa que controla dicha tarea y que consiste realmente en una serie de números hexadecimales.

Figura 3.21. Grabación del MCU.

3.2.8.3.1 Material y equipo requerido para la grabación del MCU

• Computadora. • Cable serial.

• Software programador (IC-Prog) • Programador TE20-SE.

• Fichero .HEX.

• MCU • Pinzas para desensamble.

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3.2.8.3.2 Proceso de grabación

Antes que nada hay que conectar el programador a unos de los puertos serie COM disponibles en el ordenador formando la estructura indicada en la figura 3.21, después de haber instalado correctamente el IC-Prog, haber cargado el archivo para que trabaje en plataforma Windows, se selecciona el MCU a utilizar, se seleccionan los dispositivos de hardware que se requieren, esto corresponde a lo descrito en el software. Para luego proceder al borrado de la memoria del MCU, y cargar el fichero correspondiente en hexadecimal del programa creado para luego oprimir el botón de grabado y esperar a que termine la operación. 3.2.8.3.3 Reset por software

El PIC16F84A también permite el llamado Power-On Reset (POR), que proporciona un reset al MCU en el momento de conectar la fuente de alimentación. El PIC dispone de un temporizador denominado Reset PWRT (Power-up Timer), que proporciona un retardo de 72ms desde el momento de la conexión a la alimentación; un reset se mantiene durante este tiempo, garantizando que VCC alcance un nivel aceptable de tensión para un arranque correcto del sistema. Para utilizar este tipo de reset, hay que conectar el pin MCLR al positivo de la alimentación. Además, hay que programarlo así durante el proceso de grabación. 3.3 Fundamentos de software

3.3.1 Entorno MPLAB

El MPLAB IDE es un software de “Entorno de Desarrollo Integrado” que se ejecuta bajo Windows. Con este entorno se puede desarrollar aplicaciones para los MCUs PIC. El MPLAB incluye todas las utilidades necesarias para realización de proyectos con MCU PIC, permite editar archivo fuente del proyecto, además de ensamblarlo y simularlo en pantalla para comprobar cómo evolucionan tanto la memoria de datos RAM, como la de programa ROM, los registros SFR, etc., según progresa la ejecución del programa. El MPLAB incluye:

• Un editor de texto. • Un ensamblador llamado MPASM. • Un simulador llamado MPLAB SIM. • Un organizador de proyectos.

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Este programa es gratuito. Se puede bajar en la dirección de Internet del fabricante www.microchip.com. Su instalación es muy sencilla y similar a cualquier otro programa para el sistema operativo Windows. 3.3.1.1 Directivas

Las directivas del ensamblador no son instrucciones del MCU, sino que son herramientas del programa ensamblador, que hacen que al programador le resulte más sencilla la programación. Se observan las directivas en letras mayúsculas y de color azul. LIST es una directiva que tiene efecto sobre el proceso de ensamblado y sobre el formato del fichero listable de salida, y en este caso es la que indica el procesador utilizado. Con la directiva INCLUDE, el archivo especificado se lee como código fuente, en este caso, el fichero de definición P16F84A.INC es el que se lee como código fuente. La directiva __CONFIG la cual se utiliza para la definición de los bit de la palabra de configuración del MCU, el valor descrito en la expresión indica la configuración para el proceso de grabación del MCU. 3.3.2 Software de grabación IC-Prog

El IC-Prog es uno de los softwares más populares para la grabación de MCU PIC. Permite la programación de muchos dispositivos y está probado con numerosos programadores, entre ellos todos los compatibles con JDM (desarrollado por Jens Dyekjær Madsen). Es de libre distribución y en la página Web www.ic-prog.com se puede descargar y recoger toda la información de uso.

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CAPÍTULO 4

MATERIALES Y MÉTODOS

En este capítulo se dará a conocer el equipo y material utilizado para llevar a cabo el diseño y construcción del sistema digital detector de vehículos, tales como: hardware y software de diseño, desarrollo y apoyo académico. Se mostrarán las múltiples herramientas utilizadas para llevar a cabo la implementación del proyecto, el equipo de prueba y medición utilizados, así como la metodología empleada para llevar a cabo el diseño y construcción de: el bucle inductivo, el circuito tanque LC, la etapa de retroalimentación regenerativa y amplificación, el oscilador Colpitts, el convertidor de onda, la etapa de rectificación y el circuito detector. Se explicará la inventiva aplicada para llevar a cabo el software de control el cual va en el MCU. Así como la elaboración del hardware requerido para que todo quede embebido en la PCB. 4.1 Equipo de prueba, medición e implementación

4.1.1 Herramientas de desarrollo de software, simulación, diseño e implementación

• Computadora de escritorio marca DELL OPTIPLEX GX con Windows XP.

Figura 4.1. Equipo de cómputo utilizado.

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• Programador JDM TE20-SE.

Figura 4.2. Programador utilizado.

• PROTEUS, ISIS Schematic capture.

Figura 4.3. Herramienta de diseño esquemático y simulación.

• PROTEUS, ARES PCB layout.

Figura 4.4. Herramienta de diseño de PCB y visualización 3D.

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• Microchip, MPLAB IDE.

Figura 4.5. Herramienta de desarrollo de software.

• IC-Prog.

Figura 4.6. Pantalla típica del IC-Prog.

4.1.2 Equipo de medición

• Multímetro digital marca Agilent.

Figura 4.7. Multímetro utilizado.

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• Medidor LCR.

Figura 4.8. Medidor LCR utilizado.

• Osciloscopio Digital marca HP 54603B, 60MHz 2 canales.

Figura 4.9. Osciloscopio utilizado.

4.1.3 Equipo de suministro y simulación

• Fuente de voltaje marca Agilent serie E3631.

Figura 4.10. Fuente de voltaje utilizada.

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• Generador de funciones marca HP 33120A.

Figura 4.11. Generador de funciones utilizado.

4.2 Diseño y construcción de bucle inductivo

La eficiencia y fiabilidad que tenga el sistema de detección vehicular depende de la calidad que tengan tanto el bucle inductivo como el cable de enlace a desarrollar. El bucle inductivo consiste de varias vueltas de hilo conductor, situado éste en el suelo, formando un rectángulo grande de área de entre 1m² a 3m² siendo éste el elemento sensible de la detección y el cable de enlace es quién interconecta con los próximos elementos interpretadores de cambios ocasionados en el bucle inductivo.

El bucle inductivo puede ser construido con cable monoconductor o multiconductor,

donde a final de cuentas tiene que ser conectado eléctricamente en serie, y con un sentido y orientación previamente definidos. Es importante destacar que cuando el bucle inductivo sea adherido en el suelo se tiene que tener especial cuidado con el uso de las herramientas que serán utilizadas, para no atacar su aislante. El bucle inductivo tendrá que quedar totalmente inmóvil sobre la regata que se construye en el pavimento a una profundidad de 30 a 40mm y una anchura entre 5 y 7mm , una vez introducido se tendrá que cubrir con un producto especial como lo puede ser resina bituminosa, silicona, resina de poliuretano entre otras.

De igual manera el cable de enlace, que es el que une al bucle inductivo con el circuito detector, tiene que quedar perfectamente inmóvil y con un trenzado hasta el conector donde llega al circuito detector. Es importante evitar que el cable de enlace circule con cables de potencia.

4.2.1 Características eléctricas del bucle inductivo

La respuesta generada es proporcional a la superficie del bucle, así como a, la envergadura y posición del vehículo en presencia. La dimensión depende pues de la

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aplicación. El número de espiras está en función del perímetro del bucle, para así obtener un valor de la inductancia de 100µH o superior. Siendo esto lo recomendable respecto a la fabricación de bucles inductivos instalados en campo para ingeniería de transito. Una formula utilizable para calcular la inductancia del bucle inductivo es:

(4.1)

Donde:

L = Inductancia medida en Henrios (H). P = Perímetro en metros (m). n = Numero de vueltas o espiras. Pudiendo ahora definir los parámetros para el diseño, construcción e implementación del bucle inductivo en campo:

• Inductancia: La inductancia vista desde el circuito detector estará comprendida entre un rango de 20 a 700 µH dependiendo de la sensibilidad del detector utilizado. Los valores normalmente utilizados están entre 100 a 200µH.

• Resistencia: La resistencia total vista desde el circuito detector será inferior a los 10Ω. Considerando que el valor óhmico de un conductor calibre 16 CAE es de 13.5Ω por 1000m.

• Aislamiento: El aislamiento con relación a tierra, será superior a 10 MΩ.

• Geometría: El perímetro del bucle estará comprendido entre 3.5m y 25.0m. Según la aplicación que se requiera, si por ejemplo, se utiliza un bucle de 2.0m x 2.0m el conjunto del tractor y de los remolques se considerarán como un sólo vehículo. Si se utiliza un bucle de 2.0m x 1.0m, o más estrecho, el tractor y el remolque pueden verse como vehículos independientes entre sí.

En la práctica, se procura que el bucle inductivo sea algo más ancho, para

compensar las variaciones de vehículos y sus trayectorias, por lo tanto se deberá tomar

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a consideración una tolerancia de .72µH por cada metro en la inductancia del bucle inductivo [25].

4.2.2 Material y equipo utilizado para la construcción del bucle inductivo de prueba

• Cable 14 CAE. • Grapa para cable.

• Cinta aislante. • Clavos para madera de 2 pulgadas. • Madera tipo triplay de 2.45x1.20m.

• LCR.

• Martillo.

Figura 4.12. Cable 14 CAE, utilizado para construir bucle inductivo de prueba.

4.2.3 Diseño del bucle inductivo de prueba

Utilizando la fórmula 4.1 se diseñó un bucle inductivo de cuatro espiras utilizando la madera tipo triplay, para obtener una inductancia teórica de 119.72µH. Tabla 4.1 Determinación del numero de espiras.

P =2(2.45m)+2(1.20m) n

7.3m 3 71,83µH 4 119,72µH

5 179,58µH

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Figura 4.13. Dimensiones del bucle inductivo de prueba.

4.2.4 Construcción del bucle inductivo de prueba

Se utilizó la madera triplay mencionada en el punto 4.2.2, se instalaron cuatro clavos provisionales en sus extremos y otros dos a la mitad del largo, para proceder a dar las cuatro espiras del embobinado y adherir las espiras con cinta aislante. Al quedar fijo el embobinado, se procede a fijar el bucle a la tabla con las grapas para cable. Se toma a consideración el largo considerable del cable de retorno.

Figura 4.15. Bucle inductivo de prueba terminado

Figura 4.14. Construcción del bucle. Figura 4.15. Bucle inductivo de prueba terminado

4.3 Diseño y construcción de oscilador inductivo

Se considera que los cambios en la inductancia de la bobina detectora tienen que llegar a ser interpretados de una manera más directa (que con el simple cambio de la inductancia), de esta manera se opta por diseñar un oscilador inductivo, en donde el bucle inductivo sea la parte sensorial, para poder detectar la presencia del vehículo con los

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cambios presentados en la inductancia del bucle y que dichos cambios se hagan presentes en la frecuencia de salida del oscilador inductivo. El oscilador inductivo, formado por la etapa determinadora de frecuencia, circuito tanque y una etapa de retroalimentación regenerativa, el cual se explica con mayor énfasis en el punto 3.2.2, y se expresa gráficamente en el diagrama a bloques de la figura 4.16. La operación de este circuito tanque involucra un intercambio de energía entre cinética y potencial. Es la misma etapa de circuito tanque para los diferentes osciladores diseñados. Se realizaron diferentes diseños de osciladores Colpitts basados en diferentes dispositivos electrónicos, en la etapa de resultados y conclusiones se verá que oscilador es más viable para llevar a cabo la detección.

Figura 4.16. Diagrama a bloques de Oscilador inductivo.

4.3.1 Etapa, circuito tanque LC

Los osciladores LC son circuitos osciladores que utilizan un circuito tanque LC que son los componentes que determinan la frecuencia. La operación del circuito tanque involucra un intercambio de energía entre cinética y potencial, en el punto 3.2.3 se extiende una explicación al respecto. Se dio a conocer la fórmula (3.15) para determinar dicha frecuencia, y donde C viene dado por la siguiente expresión:

(4.2)

Por lo tanto, considerando que se pretende obtener una frecuencia cercana a los 100Khz, y a partir de la inductancia obtenida en el punto 4.2.3. Aplicando la fórmula 3.15 se obtiene el valor de C calculado:

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Apoyándose de la fórmula 4.2, se obtienen la capacitancia sugerida para cada uno de los capacitores del circuito tanque LC, esto, a partir de los siguientes cálculos:

; donde C1=C2.

El valor capacitivo que más se asemeja a lo sugerido y que ronda en el mercado comercial, son los capacitores cerámicos con valor de 47nF, siendo éstos los valores escogidos. Por lo tanto se obtiene un valor de C como a continuación se presenta:

Por lo tanto se tiene una frecuencia teórica calculada a partir de la fórmula 3.15, sin considerar presencia de ningún material ferromagnético sobre el bucle inductivo de:

Figura 4.17. Circuito tanque.

4.3.2 Etapa, retroalimentación regenerativa y amplificación

Un oscilador retroalimentado es un amplificador con un lazo de retroalimentación, es decir, con un paso para que la energía se propague desde la salida y regrese a la entrada. Una vez encendido, un oscilador retroalimentado genera una señal de salida de CA, de la cual se regresa una pequeña parte a la entrada, donde se amplifica. La señal amplificada en la entrada aparece en la salida, y el proceso se repite; se produce un proceso regenerativo, en el que la salida depende de la entrada y viceversa.

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De acuerdo con el criterio de Barkhausen, para que un circuito retroalimentado sostenga oscilaciones, la ganancia neta de voltaje en torno al lazo de retroalimentación debe ser igual o mayor a la unidad, y el desplazamiento neto de fase en torno al lazo debe ser un múltiplo entero positivo de 360°.

Hay cuatro requisitos para que trabaje un oscilador retroalimentado: amplificación,

retroalimentación positiva, determinación de frecuencia y una fuente de potencia eléctrica. Con respecto a la retroalimentación positiva un circuito oscilador debe tener una trayectoria completa para que la señal de salida regrese a la entrada. La señal de retroalimentación debe ser regenerativa, y eso quiere decir que debe tener la fase correcta y la amplitud necesaria para sostener las oscilaciones. Si la fase es incorrecta, o si la amplitud es insuficiente las oscilaciones cesan. Si la amplitud es excesiva, el amplificador se satura. La retroalimentación regenerativa se llama también retroalimentación positiva, donde “positiva” simplemente indica que su fase ayuda en el proceso de oscilación, y no necesariamente indica una polaridad positiva (+) o negativa (-). La retroalimentación degenerativa se llama retroalimentación negativa, y proporciona una señal de retroalimentación que inhibe la producción de oscilaciones. 4.3.3 Diseño y construcción de oscilador Colpitts basado en BJT

El oscilador Colpitts con BJT, es un circuito electrónico basado en un oscilador LC, como se detalló en el punto 3.2.5, y en donde se extiende la explicación de la manera cómo es llevada a cabo la retroalimentación regenerativa por medio de la base del transistor Q1, de igual manera se explica el funcionamiento de los demás dispositivos. 4.3.3.1 Material y equipo complementario utilizado para la construcción de oscilador Colpitts basado en BJT

• Resistencias de ½ Watt. RB1=15KΩ, RB2=4.7KΩ, RC1=2.2KΩ, RE1=1KΩ.

• Trimpot de 20 vueltas 10KΩ. • Transistor MPS6531.

• Capacitores electrolíticos: C1=100µF, C2=1 µF, C3= 1µF. • Capacitores cerámicos= C4=47nF, C5=47F.

• Terminales para PCB con 3 tornillos: J1 y J2.

• Placa fenólica para proyectos. • Filtro choque.

Material de utilización general:

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• Cepillo para limpiar tablillas.

• Thinner industrial. • Pasta para soldar en lata con 25gr (flux).

• Estación regulable con cautín tipo lápiz, Weller.

• Extractor de soldadura.

• Malla para desoldar • Rollo de soldadura. • Pinzas de corte.

• Pinzas de punta. • Juego de desarmadores metálicos tipo relojero.

• Multímetro digital de bolsillo.

• LCR. • Osciloscopio.

• Fuente de voltaje. 4.3.3.2 Diseño de oscilador Colpitts basado en BJT

Se diseñó el siguiente circuito esquemático en la computadora utilizando ISIS de PROTEUS:

Figura 4.18. Oscilador Colpitts basado en BJT.

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4.3.3.3 Construcción de oscilador Colpitts basado en BJT

Una vez simulado en ISIS se procedió a construir el circuito en tablilla de cobre perforada, ya que no se puede utilizar la común tablilla de pruebas, mejor conocido como Protoboard, gracias a que entre sus láminas (pistas que lo unen) se crean capacitancias que pueden llegar a afectar en el funcionamiento del circuito. Y se utiliza tablilla perforada para hacer pruebas y evitarse la fatiga de estar haciendo múltiples circuitos impresos, por lo tanto las interconexiones están hechas con cable.

Se soldaron los diferentes componentes y semiconductores, se realizaron las

conexiones correspondientes al circuito esquemático de la figura 4.18, se limpió la tablilla con thinner industrial y cepillo para dejar fuera las impurezas de la soldadura y evitar falsos contactos, y se procedió a identificar los conectores, para posteriores pruebas. La tablilla quedó ensamblada como se muestra en las figuras 4.19-4.22:

Figura 4.20. Filtro Choque.

Figura 4.19. Oscilador basado en BJT. Figura 4.20. Filtro choque.

Figura 4.22. Trimpot de ajuste de amplitud

Figura 4.21. Conectores del oscilador. Figura 4.22. Trimpot de ajuste de amplitud

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4.3.4 Diseño y construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM

Después de lo recopilado en la investigación bibliográfica, lo cual se plasma en el capitulo referente al marco teórico se plantea realizar el oscilador inductivo Colpitts en base a OPAM, para ver su comportamiento y su fiabilidad en el sistema, en la siguiente sección se expresa la metodología llevada a cabo para su diseño y construcción. 4.3.4.1 Material y equipo complementario utilizado para la construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM

• Resistencias de ½ Watt, R1=1KΩ, R2=10KΩ. • Amplificador operacional, U1A=TL084.

• Capacitores cerámicos, C1=47nF, C2=47nF. • Terminales con tres tornillos: J1, J2, J3.

• Placa fenólica para proyectos. Además de las herramientas de utilización general. 4.3.4.2 Diseño de oscilador Colpitts basado en OPAM

Se diseñó el circuito esquemático de la figura 4.23 utilizando ISIS de PROTEUS, donde se observa que los elementos determinadores de frecuencia siguen preservando el mismo valor que en el circuito esquemático anteriormente diseñado. Ahora el elemento central para lograr la retroalimentación regenerativa y amplificación necesaria se produce mediante el OPAM TL084. En dicho circuito se distingue las redes desfasadoras y los circuitos oscilantes.

Oscilador Colpitts basado en OPAM.

Figura 4.23. Oscilador Colpitts basado en OPAM.

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4.3.4.3 Construcción de oscilador Colpitts basado en OPAM

Se procedió a soldar y conectar los componentes electrónicos conforme a los establecido en el diagrama esquemático de la figura 4.23, se soldó una base para integrado de 14 pines para que el elemento central que logra la retroalimentación regenerativa pueda ser de fácil ensamble y desensamble, en este caso es el circuito integrado TL084 en el cual se encuentran cuatro OPAMs internos (se puede llegar a saber más de éste en el Apéndice E). Es importante destacar que este circuito cuenta con una tensión de suministro más baja que en el circuito anteriormente diseñado, ya que son dos voltajes de la misma amplitud pero con diferente polaridad, se hizo énfasis en la identificación de los conectores que conforman la tablilla.

Figura 4.25 Prueba del Oscilador.

Figura 4.24 Oscilador basado en OPAM. Figura 4.25 Prueba del oscilador.

4.3.5 Etapa, conversión de onda

Se considera la señal senoidal como respuesta a la salida del sistema, pero para que un dispositivo digital como el MCU pueda interpretar los diferentes sucesos, requiere que le lleguen los datos de manera binara. Para que el MCU interprete la frecuencia del oscilador y se lleve a cabo la detección, se plantea utilizar un contador de frecuencia, es por ello que se requiere utilizar un OPAM, el cual funcione como comparador, para así convertir la señal senoidal en señal cuadrada y de esta manera pueda ser interpretada perfectamente por el MCU a utilizar.

4.3.5.1 Material y equipo utilizado para la construcción del convertidor de onda

• Amplificador operacional, U3=AD817. • Base para integrado DIP 8

Además de las herramientas de utilización general.

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4.3.5.2 Diseño de convertidor de onda

El diseño fabricado en ISIS de Proteus correspondiente a la figura 4.23, fue modificado para agregarle la conversión de onda tal cual se muestra en la figura 4.26. Donde el AD817 es el integrado encargado de realizar dicha conversión.

Figura 4.26. Oscilador con señal cuadrada.

El AD817 es un integrado en empaquetado DIP 8 que trabaja de ±5 a un rango de ±15VDC con una corriente máxima de 7.5mA, es un integrado económico, excelente para aplicaciones de amplio espectro, para acondicionamiento de señales y aplicaciones de adquisición de datos. Dicho OPAM se utiliza en bucle abierto para que funcione como comparador y haga lo que su nombre indica, comparar un voltaje con otro voltaje y señala cuál de ellos es mayor, en este caso se está comparando contra tierra (0V). Si Vin es mayor que 0V, lo cual significa que es positivo, la salida pasará a saturación positiva, casi +5V. Si Vin es menor que 0V lo cual significa que es negativo, la salida pasará a saturación negativa, casi -5V. Siempre que Vin exceda una fracción de milivoltio, la salida pasará a uno o al otro de estos extremos debido a la ganancia en lazo abierto que es muy grande. De esa forma el voltaje de salida de un comparador de voltaje indica el resultado de la comparación.

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4.3.5.3 Construcción de convertidor de onda

En la placa fenólica donde se construyó e implementó el oscilador en base a OPAM, se incluyó una base para integrado de 8 pins, en donde se colocará el AD817, al cual se le interconecto su alimentación y se realizaron las respectivas conexiones tal cual lo muestra el diagrama esquemático de la figura 4.26.

Figura 4.27. Oscilador con onda cuadrada.

4.3.6 Etapa, rectificación de la parte negativa de la señal

Utilizando el diodo D6=1N4001 del fabricante Fairchild como rectificador de mediana onda (tal cual es representado por el circuito esquemático expuesto en la figura 3.17), el MCU está listo para llevar a cabo la interpretación de las variaciones en la frecuencia. 4.3.6.1 Diseño e implementación de la etapa rectificadora

Se conectó el diodo en polarización directa y se transportó la señal al MCU, tal cual se aprecia en la figura 4.28; donde se observa al cable de color amarillo, el cual es el que transporta la señal y a partir del diodo, la señal es rectificada y conectada directamente al pin del MCU con el que se interpretarán los cambios de la frecuencia del Oscilador inductivo.

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Figura 4.28. Diodo rectificando la señal al MCU.

4.4 Diseño y construcción de circuito detector

Para llevar a cabo la interpretación del comportamiento de la frecuencia del Oscilador inductivo, se implementa la utilización de un MCU PIC, el cual es escogido por sus atributos ya mencionados en el punto 3.2.8 y por los requerimientos, necesidades y justificaciones que se citan a continuación: oscilador de cristal externo ya que se requieren temporizaciones exactas para la medición de la frecuencia, para dicho MCU se cuenta con un extenso repertorio de librerías, y se tiene una gran familiarización con dicho MCU.

De esta manera el MCU PIC16F84A es la parte central del circuito detector, teniendo a demás elementos de visualización y periféricos de entrada, para así poder verificar y controlar el comportamiento del sistema, tales como lo son: una pantalla LCD, barra de LEDs, DIP switch, potenciómetro de intensidad, potenciómetro de contraste.

4.4.1 Desarrollo de Hardware

El hardware es la parte tangible del sistema, los componentes utilizados y la manera de conectarlos se expresan en la siguiente sección.

4.4.1.1 Material y equipo utilizado para la construcción del circuito detector

• Tableta para prototipos. • MCU, U2=PIC16F84A. • Interruptor pulsador, SW1.

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• Cristal de cuarzo, X1=4Mhz.

• Capacitores cerámicos, C3=22pF, C4=22pF, C5=100nF. • DIP switch, DSW1.

• Diodos LED color rojo ultra brillante de 5mm D1 a D5.

• Resistencia variable, RV1=10K Ω, RV2=10K Ω.

• Resistencias de ½ Watt, R3=100Ω, R4 a R7: 10KΩ, R8 a R12: 330Ω.

Además de haber utilizado ISIS de PROTEUS para el diseño y simulación de circuitos esquemáticos, y parte de las herramientas generales para: doblar, moldear, dirigir y cortar cable para realizar las conexiones en la tableta de prototipos.

4.4.1.2 Conexiones del MCU y sus periféricos

Se presenta a continuación un diagrama a bloques en la figura 4.29, donde se muestran las diferentes etapas que empiezan a conformar el sistema:

Figura 4.29. Diagrama a bloques de circuito detector

En el diagrama esquemático de la figura 4.31 no se consideran los pines de conexión Vdd y Vss del MCU para fines de simulación. Pero se aclara que las terminales Power corresponden a Vdd y las terminales Ground a Vss.

El oscilador de cuarzo de 4Mhz que permite una frecuencia de reloj muy estable, y aunados a éste, dos capacitores cerámicos de 22pF que se aprecian en el diagrama esquemático de la figura 4.31.

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Para tener un control sobre el reset del sistema, se le conecta un pulsador tal como se muestra en el diagrama esquemático de la figura 4.31, así se consigue un reset manual llevando momentáneamente el pin MCLR a masa, cada vez que se presione el pulsador SW1. El reset permanecerá mientras tengamos el pulsador presionado y no comenzará la secuencia de arranque hasta que no lo liberemos, suministrando un nivel lógico “1” al pin MCLR.

Así por ejemplo, en el circuito de la figura 4.31 las líneas RA0 y RA2 son configuradas como salida mientras está en funcionamiento el LCD, para así controlar la lectura y escritura a dicho dispositivo, mientras que las primeras tres líneas del puerto B son configuradas como entradas para leer el estado del DIP switch y las restantes 5 líneas son configuradas como salidas para activar la barra de diodos LED y controlar los datos enviados al LCD. En la figura 4.30 se aprecia el modulo SMC-1622 el cual tiene 16 pins descritos con mayor detalle en el Apéndice B. Las líneas de bus de datos son triestados y pasan a estado de alta impedancia cuando el LCD no está habilitado. La figura 4.31 ilustra la forma de conectar el LCD al puerto B del MCU mediante cuatro líneas y sin lectura del Busy Flag por lo que también se ahorra la línea R/W que se conecta a tierra. Por lo tanto se utiliza el mínimo de líneas posible (seis líneas) del MCU para el control del LCD.

Figura 4.30. LCD utilizado.

En el diagrama esquemático de la figura 4.31 y refiriéndose al DIP switch (DSW1) se aprecia que mientras cualquier interruptor del dispositivo este abierto, la entrada mantiene un tensión de 5V que corresponde a un nivel lógico “1”. Cuando cualquiera de éstos se cierra, la entrada pasa a valer 0V correspondiente al nivel lógico “0”. En la figura 4.31 se ha elegido una resistencia de 330Ω que limita la corriente a un valor de unos 10mA que proporciona una luminosidad suficiente para la aplicación.

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Figura 4.31. Diagrama esquemático.

4.4.1.3 Implementación del circuito detector, en la tableta para prototipos

Se hicieron las conexiones en la tableta para prototipos a partir del diagrama esquemático de la figura 4.31, quedando como se muestra en la figura 4.32, procurando hacerlo lo más ordenado posible e identificando cada una de las etapas y conexiones del circuito, quedando de la siguiente manera identificado por el color del cable:

• Rojo, +5V. • Naranja/Blanco, -5V.

• Azul, tierra.

• Oro, desacoplamiento. • Blanco, puentes.

• Café, ajuste de contraste.

• Amarillo, señal del oscilador inductivo.

• Amarillo/verde, señal de reloj. • Verde/Blanco, Reset.

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• Naranja, control y datos de LCD.

• Verde, conexión de DIP switch. • Café/Blanco, diodos LED.

Figura 4.32. Circuito detector en tableta de prototipos.

4.4.2 Etapa de protección y desacoplo

4.4.2.1 Regulación de la alimentación

La figura 4.33 describe un circuito de protección, el cual está regulando la entrada de voltaje a +5V y -5V a partir de tensiones continuas superiores a éstas y a una corriente de 1A. Este circuito se basa en el popular regulador de tensión 7805 y el 7905. Disponen de un diodo a la entrada del sistema para protegerlo en el caso que se aplicaran tensiones con la polaridad invertida. Los condensador a la entrada reducen considerablemente el rizado de la tensión de entrada que finalmente los reguladores 7805 y 7905 se encargan de estabilizar a +5V y -5V, alimentación de todo el sistema. El circuito de alimentación del MCU debe tratarse como el de cualquier otro dispositivo digital, debiendo conectarse un condensador de desacoplo de unos 100nF lo más cerca posible de los pines de alimentación.

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Figura 4.33. Circuito regulador de alimentación.

El consumo de corriente para el funcionamiento del MCU depende de la tensión de alimentación, de la frecuencia de trabajo y de las cargas que soporten sus salidas, siendo del orden de unos poco miliamperios.

4.4.2.2 Implementación de resonador

Para mejorar la fuente de indicación de velocidad de trabajo, el llamado oscilador o reloj, se sustituyó el cristal de cuarzo, por un oscilador cerámico y posteriormente por un resonador cerámico para así no utilizar capacitores de 22pF.

Figura 4.34. Resonador cerámico de 4Mhz.

4.4.2.3 Bus triestado

Es utilizado el integrado DM74LS244, el cual es un empaquetado de buffers intermediarios octales de línea, con salida de tres estados. Es empleado como conductores de dirección de memoria, transmisores orientado por bus, entre otros. Cuenta con receptores que proporciona mejoramiento en la densidad bordo. Cuenta con histéresis en

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insumos para mejorar los márgenes de ruido, además de contar con diodos limitadores de alta velocidad.

El tercer estado (Hi-Z) está siendo utilizado para borrar la influencia del LCD al

resto del circuito. Si este está recibiendo datos por su bus de datos, se plantea poner una salida en Hi-Z para que en el mismo bus no hayan señales diferentes, es decir, una con valor 1 y otra con valor 0. Porque si ambas señales circularan por la misma línea, no podríamos determinar el valor que está circulando en la misma.

Figura 4.35. Circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia.

4.4.3 Desarrollo de Software

4.4.3.1 Creación del proyecto

Se creó una carpeta en el directorio raíz (c:), denominada “contador de frecuencia”, para cuidar que la extensión del path no sea muy larga, ya que posteriormente se pudieran generan problemas en el proceso de ensamble. El procesador a utilizar tiene que ser

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escogido antes de incluir el fichero. Si el programador no hubiese escogido correctamente el procesador correspondiente a este fichero, se mandaría el mensaje que está entre comillas en el código. ; Verify Processor ; ;========================================================================== IFNDEF __16F84A MESSG "Processor-header file mismatch. Verify selected processor." ENDIF ;========================================================================== 4.4.3.1.1 Descripción del archivo de encabezado

Para que la programación se facilite se les denomina W y F a los registros más utilizados, y así evitar escribir la dirección efectiva cada que se recurra a la utilización de dichos registros. En el fragmento inicial presentado en el Apéndice C se definen mnemónicamente los archivos de registro que son utilizados con más frecuencia, como lo son: el Timer 0, el contador de programa, el registro STATUS, los periféricos de entradas y salidas, entre muchos otros más. Los bits del registro STATUS son igualmente previamente definidos en este fichero ya que

son utilizado para muchas de las operaciones aritméticas, y demás. De igual manera se definen los bits de configuración, que son los utilizados en una de las directivas de cabecera para escoger el tipo de código de protección el tipo de oscilador a utilizar y demás configuraciones de hardware. Después de agregar el fichero anteriormente expuesto en la ventana Project, se procede a crear el archivo en el que se desarrollará el código principal, para después agregarlo en la opción Source Files en la misma ventana. Es importante recordar que se necesita configurar el MPLAB con el dispositivo a trabajar. Corroborado esto, entonces tenemos listo el cuerpo del proyecto para empezar a desarrollar el programa de interpretación de la frecuencia de salida del Oscilador inductivo.

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4.4.3.2 Creación del programa contador de frecuencia

Una vez creado el proyecto toca realizar el programa. Éste se encuentra en el Apéndice C en donde se muestra su desarrollo completo, redactado éste en lenguaje ensamblador apoyado del software de desarrollo el MPLAB IDE de Microchip, ensamblado con la herramienta MPASM y simulado con el MPLAB SIM (se detalla más de él en el punto 3.3.1), en el proceso de ensamblado es creado el fichero .HEX, que es el que en el proceso de grabado se cargará en el Software de grabación: IC-Prog.

En la redacción del programa principal siempre ha de comenzar con una breve

descripción de lo que va a realizarse y ha de incluir comentarios aclaratorios en aquellos lugares que lo precisen. Tras la descripción del programa y definición de autor, y demás aspectos respecto a la creación del software dedicado a controlar los diferentes periféricos e interpretar la frecuencia del Oscilador, se comienza el programa; éste comienza por incluir las librerías necesarias y definir el tipo de procesador y todo lo relacionado con la configuración del hardware (WDT OFF,….) y la declaración de registros que vayamos a utilizar, a esta sección se le denomina zona de datos. En este caso: no se le asigna protección de código al MCU, no se habilita el Watchdog, se habilita el reset mediante Power-up Timer, y se utiliza el oscilador por cristal de cuarzo. Con la directiva CBLOCK se define una lista de variables. A cada variable se le asigna una dirección inmediatamente superior que a la anterior variable. El propósito de esta directiva es asignar direcciones a muchas variables. La lista de variables finaliza cuando se encuentra la directiva ENDC, el valor en hexadecimal contiguo a la directiva CBLOCK, indica el valor de arranque para el primer bloque de variables, y en este caso arranca en 0x0C, que es donde empiezan los registros de propósito general (ver Apéndice B, datos del MCU). El origen del programa comienza en la dirección indicada, la dirección que se encuentra seguida de la directiva ORG. Si no hubiese ningún origen especificado, aun así, la generación del código comenzaría en la dirección cero. Con dicha directiva y con expresión cero, en el fragmento de código de la parte superior, se corrobora el comienzo de la generación de código en la dirección cero. Se comienza etiquetando con la palabra “Inicio”, esta parte del programa es la primera que se ejecuta y solamente es ejecutada cada que se energice el dispositivo. Es donde se inicializan diferentes parámetros y se configuran los registros utilizados. Primeramente se hace la llamada a la subrutina LCD_Inicializa (detallada en el Apéndice C, en el apartado de subrutina LCD), la cual empieza asignando una dirección a ciertas variables y definiendo el hardware expuesto en el punto 4.4.1.3.2 y las conexiones

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visualizadas en la figura 4.30, las cuales corresponden a la definición de los puertos. En el bloque de variables se declaran las variables que se utilizarán para realizar las diferentes funciones requeridas. En dicho bloque de variables, se aprecia que no se asignó un valor enseguida de la directiva CBLOCK, ya que el primer bloque de variables ya recibió valor, (anteriormente expuesto, el cual comenzó en 0x0C), a la primer variable de este bloque de variables se le asignará una dirección superior al de la variable final del CBLOCK anterior. Se observa también que es utilizada la directiva EQU, la cual permite asignar el valor de .16 (diez y seis en decimal) al identificador LCD_CaracteresPor_Linea, donde se define los caracteres por línea del LCD. Éste es el proceso para definir una constante. El desarrollo y ejecución de la subrutina LCD_Inicializa comienza haciendo un cambio al banco 1 para configurar como salidas los bits de control, luego indica al LCD que se escribirá en él (en caso de que estuviera en uso), se pone a 0 la línea enable, y se activa el modo comando. Se produce un retardo llamando a la subrutina Retardo y ejecutando cierto fragmento de dicha subrutina. La subrutina Retardos contiene múltiples retardos, desde 4 microsegundos hasta 20 segundos, estos retardos son precisos, ya que es tomado a consideración el consumo que provocan las llamadas de subrutinas y demás ciclos de máquina. Se han calculado para un sistema MCU con un PIC trabajando con un cristal de cuarzo a 4MHz. Como cada ciclo máquina son 4 ciclos de reloj, resulta que cada ciclo máquina tarda 4 x 1/4MHz = 1 µs. Prosiguiendo en la explicación de la subrutina LCD_Inicializa, el dato que se carga en el registro W y los retardos que se utilizan, son los parámetros que el fabricante recomienda para un efectivo funcionamiento del dispositivo LCD, por lo tanto se carga el dato binario b’00110000’ y posteriormente se llama a la subrutina LCD_EscribeLCD, la cual contiene la subrutina, que envía el dato del registro de trabajo W al bus de dato y produce un pequeño pulso en el pin Enable del LCD. Para no alterar el contenido de las líneas de la parte baja del Puerto B que no son utilizadas para el LCD (pines RB3:RB0), primero se leen estas líneas y después se vuelve a enviar este dato sin cambiarlo. Aquí se aprecia el por qué se pueden conectar dispositivos en paralelo con el bus de datos del LCD. La configuración del TRISB es almacenada y solamente por un pequeño lapso es utilizado este nibble como bus de datos del LCD. Por lo tanto los diodos D2 a D5 emitirán un pulso cada que se mande llamar a esta subrutina de escritura en el LCD.

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Después de invocar el retorno de la subrutina LCD_EscribeLCD, la subrutina Inicializa_LCD termina de configurar los parámetros indicados por el fabricante, éstos mismos para el LCD LM-016, pero compatibles para diversos dispositivos similares, como es el caso comprobado con el LCD utilizado. De esta manera para terminar la inicialización del LCD se mandan llamar las diferentes subrutinas nombradas. El contenido de cada una de ellas se expresa en el Apéndice C. Las subrutinas anteriormente mencionadas hacían la llamada a la subrutina LCD_EnviaComando, la cual se encarga de activar el modo comando, enviando un 0 al Pin RS del LCD y después hace un brinco a la subrutina LCD_Envía. Finalmente es ejecutada esta subrutina, la cual manda el dato, primeramente el nibble alto y luego el nibble bajo, se hace la llamada nuevamente a LCD_EscribeLCD (expuesta anteriormente), se corrobora la perfecta escritura, se hace el respectivo retardo señalado por el fabricante, para posteriormente retornar a la subrutina Inicializa_LCD para que ésta retorne al programa fuente y termine con la inicialización del LCD. Prosiguiendo en la zona de código del programa fuente, después de que la ejecución termine con la subrutina LCD_Iniciliza. Se accede al banco 1 para configurar las primeras tres líneas del Puerto B como entradas y las últimas cinco líneas como salidas. Se configura el TMR0 como contador de flanco descendente por la línea RA4/TOCKI, con un preescalador de 0, ya que éste es asignado al WDT, el cual se encuentra sin función alguna. Ahora accede al banco 0 para trabajar en la interpretación de la frecuencia y manejo de los periféricos de entrada/salida. Mostrando el algoritmo implementado en los diferentes diagramas de flujo a continuación presentados:

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4.4.3.3 Desarrollo del flujo de la interpretación de la frecuencia

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4. 5 Diseño y construcción de PCB

En electrónica, un PCB, es un medio para sostener mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a través de rutas o pistas de material conductor, grabados en hojas de cobre laminadas sobre un sustrato no conductor. Los PCB son robustos, baratos, y habitualmente de una fiabilidad elevada. Requieren de un esfuerzo mayor para el posicionamiento y ruteo de los componentes, tienen un costo inicial más alto que otras alternativas de montaje, como el montaje punto a punto en tablillas perforadas (como se vio en el punto 4.3.5.3, y se aprecia en la figura 4.27), pero son mucho más baratos, rápidos y consistentes en producción en volúmenes. Siendo ésta una alternativa profesional y de una excelente presentación para la fabricación final de proyectos. 4.5.1 Material y equipo utilizado

• Tablilla fotosensible • Revelador líquido • Agua • Cloruro férrico • Thinner industrial • Recipiente de plástico • Guantes • Lentes • Papel Vegetal • Impresora laser • Lámpara de rayos UV • Vidrio • Computadora con Proteus 7 Profesional • Impresora virtual, PDF Creator • Vernier • Mini taladro con brocas milimétricas • Cautín con base regulable • Soldadura, flux y malla para desoldar • Desarmadores y herramienta varia

4.5.2 Diseño de encapsulados

Utilizando el desarrollador de PCBs, Ares de Proteus, se procedió a diseñar cada uno de los encapsulados de los diferentes componentes utilizados, los cuáles conforman el diagrama esquemático de la figura 4.34. Utilizando el vernier y teniendo en mano todos los

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componentes elegidos para conformar el circuito detector e interpretador de frecuencia, se tomó medida de cada uno de ellos y se diseñó un empaquetado correspondiente para cada uno de los componentes. Empezando desde el diseño del pad, luego la separación entre cada uno de ellos, para finalizar con el resto de sus dimensiones por completo. Se corroboraron las medidas con las diferentes herramientas que ofrece el potente software de diseño de PCBs, para así reiterar que el encapsulado corresponde físicamente al empaquetado diseñado, evitando la molestia de rediseñar o tener que maniobrar en el PCB por que los componentes no corresponden dimensionalmente hablando. Las hojas de datos de los componentes fueron de gran ayuda para el diseño de éstos, pudiendo obtener su diseño tridimensional para ir considerando el espacio que ocupa cada uno de los componentes elegidos en la tablilla. Para esta etapa ya se tenía a consideración el tipo de conectores a utilizar para los diferentes dispositivos utilizados, así como el tamaño del gabinete a utilizar quedando de la siguiente manera el posicionamiento de los componentes en la tablilla tal cual se aprecia en la siguiente figura:

Figura 4.36. Posicionamiento de componentes en la tablilla.

4.5.3 Generación de netlist y ruteo

En base a la experiencia recabada en la realización de PCBs, no se opta por utilizar la función de autogeneración de netlist, auto ruteo y auto posicionamiento. Ya que a fin de cuentas siempre se terminaba haciendo un trabajo más laborioso, ya que dichas herramientas generan todo en el mismo lapso de tiempo.

La tablilla detectora de bucle inductivo e interpretadora de frecuencia es dividida en etapas, siendo los conectores de entradas y salidas los que muestran donde se encuentra cada una de ellas. Para separar el circuito en etapas, se determinó componente a componente, obteniéndose éstos de la librería previamente generada y escogiendo el encapsulado correspondiente para cada componente, esto, en base al diagrama esquemático

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de la figura 4.34 el cual previamente ya fue compilado, simulado en el MPLAB y simulado nuevamente en Proteus, así que se consideró que estaba perfectamente en funcionamiento. Se generó un netlist correspondiente para cada terminal de cada componente. Después de agregar los componentes de la etapa se procedía a rutear con la confianza de que el netlist se generó para que no existieran errores al generar las rutas, y si así fuese, el programa señalaría la falla cometida. Se definió el ancho de la ruta previniendo que no fuera muy delgada, para que en la etapa de corrosión con cloruro férrico, la ruta no se disgregue, perdiendo así la conectividad y la congruencia con los circuitos anteriormente diseñados. Se establecieron las estrategias de ruteo, definiendo la mínima distancia entre las rutas y demás aspectos para impedir errores. Corroborando esto, y finalizando el arduo trabajo para la generación de las pistas apoyado de puentes para la continuidad de aquellas rutas que no tenían un traslado más que vía puente. Se procedió a etiquetar la tablilla con autor y fecha de creación e institución a la que se pertenece, se marcaron los orificios para sostener la tablilla y se finalizó imprimiendo en una impresora virtual a formato pdf (PDF Creator).

Figura 4.37. Layout de tablilla

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4.5.4 Impresión e insolación

A partir de los diferentes layouts generados (expuestos en el Apéndice D) de la creación de las diferentes rutas que interconectan los componentes del circuito detector de bucle inductivo e interpretador de la frecuencia. Se escogió el Layout con mirror sin los layouts de topsilk y demás layouts que interfieren en la perfecta conexión de los componentes, para imprimirlo en papel vegetal y proceder a recortarlo a la medida de la tablilla de igual manera cortada con segueta a la medida requerida, para colocar el diseño en la parte fotosensible de la tablilla e insertarla en la lámpara de rayos UV, se procedió a dejarla 10 minutos para impactar el negativo y posteriormente sacar la tablilla de la lámpara para proceder al revelado.

Figura 4.38. Proceso de insolación.

4.5.5 Revelado

Mientras la tablilla se encontraba en la etapa de insolación se preparó una solución para revelar la tablilla y marcar en la región con cobre el circuito diseñado previamente. Las tapas mencionadas son las tapas del recipiente del revelador liquido, preparando así la solución con siete tapas de agua y una tapa de él revelador liquido. Al sacar la tablilla de la lámpara de rayos UV se pone ésta en el recipiente con la solución, removiendo constantemente el recipiente y observando cómo es que la solución revela el circuito diseñado, dejando marcado el mencionado circuito con un color verde y desvaneciendo los campos que no se presentan con obstrucción a los rayos UV de la lámpara. Al apreciar que se ha marcado perfectamente el circuito se procede a limpiar completamente la tablilla con agua para liberarla de las impurezas de la solución creada. El proceso se muestra en las siguientes imágenes:

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Figura 4.39. Revelado de tablilla fotosensible.

4.5.6 Atacado y perforación

Después dejar plasmado en la cara de cobre el diseño previamente realizado, se procede a preparar la solución para atacar el cobre restante de la tablilla y dejar únicamente el deseado. Para esto se utilizó cloruro férrico disolviendo ocho tapas de él y cuatro tapas de agua, se calentó la solución en un horno de microondas durante veinte segundos y se introdujo la tablilla en la solución preparada, se estaba moviendo repetidamente el recipiente logrando un barrido para que la solución vaya tumbando homogéneamente la merma de cobre.

Se procedió a marcar los pad que no quedaron perfectamente al descubierto para después limpiar la tablilla con thinner y luego perforar los orificios donde se insertarían los componentes a utilizar.

Figura 4.40. Perforación de orificios en tablilla.

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4.5.7 Ensamble y soldado de componentes

Después de lo realizado con la ayuda del mini taladro y con las diferentes brocas milimétricas, se insertaron los componentes, empezando por las bases de pin suelto de los diferentes circuitos integrados, para poder lograr así un ensamble y desensamble ágil. Se soldaron todos los diferentes componentes utilizando el cautín y soldadura cuidando dejar fuera soldadura fría y demás aspectos que impedirían el perfecto contacto de las terminales. Observándose en el capítulo 5 en la figura 5.19 como quedó finalmente el PCB.

4.5.8. Construcción de gabinete

Después de haber limpiado la tablilla finalizada (a base de thinner y cepillo), para eliminar falsos contactos y excesos de flux, se corrobora con lupa la conexión de las diferentes rutas para exentar la existencia de porosidad en las pistas. De igual manera se corroboran éstas con el modo continuidad del multímetro. Se alimentó la tablilla finalizada para corroborar su funcionamiento. Se procedió a realizar los diferentes orificios al gabinete para proyectos, para dejar fija la tablilla con unos soportes de PCB, para así montar y desmontar la tablilla con gran facilidad antes de haber desconectado todos los conectores tipo molex de 100”. Se agujero el espacio que utilizaría tanto el LCD, la barra de LEDs, el interruptor OK/Config, los agujeros por donde pasara el cable de alimentación y el agujero por donde pasaran los cables del bucle inductivo. Se consiguió toda la tornillería requerida para dejar fijos los diferentes dispositivos, quedando de la manera expuesta en la figura 4.43, el Dispositivo digital detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia queda terminado para ser sometido a las diferentes pruebas para evaluar su funcionamiento.

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CAPÍTULO 5

RESULTADOS

En el siguiente capítulo se darán a conocer todos los resultados de las pruebas e implementaciones realizadas con las diferentes etapas del sistema digital detector de vehículos. Se mostraran diferentes tablas que nos muestran el comportamiento del bucle inductivo junto con el oscilador inductivo, así como diferentes fotografías que muestran el estado de la prueba y los resultados visualmente apreciados. Siendo estos resultados los que nos dirigieron por el camino correcto en base a resultados existían las modificaciones respectivas; como fue el caso del bucle inductivo que a pesar de arrojar buenas mediciones con el diseñado y construido a inicios del capítulo 4, se opta por rediseñar y redimensionar el bucle inductivo, ya que siendo esté la parte sensorial del sistema, para así poder tener una mejor respuesta a la detección. De igual manera se verán las diferentes respuestas de los distintos osciladores inductivos sometidos a prueba, dejando dicho cuál de ellos satisfizo los requerimientos del sistema, y siendo expuestas las diferentes razones en el capítulo dedicado a conclusiones.

5.1 Pruebas con bucle inductivo

Se hicieron pruebas en campo utilizando el bucle inductivo de prueba. Se midió una inductancia de 124.3µH sin vehículo sobre el bucle inductivo y se comprobó la variación de la inductancia al posarse diferentes modelos de vehículos en el bucle inductivo tomando como resultados las siguientes mediciones con el LCR:

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Tabla 5.1. Variación en la inductancia del bucle.

Figura 5.1. Prueba en campo con bucle inductivo

Con estas mediciones se comprobó la variación de la inductancia del bucle inductivo al estar presente un vehículo sobre éste. Obteniendo una media aritmética de 117.33 µH. 5.2 Pruebas con oscilador Colpitts basado en BJT

5.2.1 Implementación virtual del oscilador Colpitts basado en BJT

A partir del diagrama esquemático presentado en la figura 4.18 del capítulo anterior, se aprecia que en el arranque inicial del oscilador Colpitts aparece ruido en el colector de Q1 y suministra energía al circuito tanque, haciendo que empiece a oscilar. C4 y C5 constituyen un divisor de voltaje en CA. El voltaje que se deja caer a través de C5 se retroalimenta a la base de Q1 hasta C2. Hay un cambio de fase de 180° de la base al colector de Q1 y un cambio de fase adicional de 180° a través de C4. En consecuencia, el cambio total de fase es de 360° y la señal de retroalimentación es regenerativa. La relación de C4 a C4+C5 determina la amplitud de la señal de retroalimentación. La frecuencia de salida (fo) del oscilador se aproximó en el punto 4.2.1, ahora aquí se expresa la misma fo obtenida mediante la simulación virtual del circuito, utilizando ISIS de PROTEUS visualizando en la pantalla del osciloscopio virtual una onda senoidal un

Inductancia Modelo de Vehículo

121.2 µH Pointer 117.9 µH Sentra 115.1 µH Sebring 121.5 µH Aries 121.0 µH Explorer 113.2 µH Mitsubishi 110.9 µH Century 117.0 µH Malibu 112.2 µH Focus 114.3 µH Mustang 121.7 µH Pathfinder 121.5 µH Beretta 117.8 µH Jetta

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poco achatada en sus crestas, pero sin apreciarse múltiples variaciones en su período, el cual fue de 11.7µs por lo tanto aplicando la fórmula 3.13 expuesta en el punto 3.2.1.1 se obtiene una fo virtual de 85.47Hhz y una amplitud de 3.5 Vpp:

Figura 5.2 Visualización de la frecuencia de salida virtual.

5.2.2 Implementación en tablilla perforada del oscilador Colpitts basado en BJT

Al terminar la construcción del oscilador Colpitts basado en BJT en tablilla perforada, se procedió a conectar la alimentación con la fuente de voltaje, se conectaron los cables del bucle inductivo de prueba, y se conectaron las puntas del osciloscopio para monitorear la frecuencia de salida y amplitud, obteniéndose una visualización como lo muestra la siguiente figura:

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Figura 5.3. Frecuencia de salida del oscilador basado en BJT.

Teniendo así una fo práctica de 91Khz, pero con muchas variaciones. Al generar pequeños cambios en la temperatura externa del transistor, estos cambios ocasionaban una degeneración en la onda vista en el osciloscopio, por lo que se concluyó que este circuito en base a BJT es inestable por si propio, sin ser expuesto a temperaturas a la intemperie.

Figura 5.4. Prueba con Oscilador basado en BJT.

Se comprendió que los osciladores LC pueden ser operados a frecuencias más grandes que las que manejan los osciladores RC. Los osciladores LC son más adecuados para poder ser implementados con BJTs, OPAMs, FETs, entre otros. Ya que para controlar la frecuencia de salida de este oscilador se presenta un grado de complejidad más elevado, por que dicha frecuencia depende de las resonancias emitidas por el circuito tanque del oscilador.

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5.3 Pruebas con oscilador Colpitts basado en OPAM

Implementando el circuito construido en el capítulo 4 (en el punto 4.2.4.2) con el bucle inductivo de prueba previamente diseñado y posteriormente construido, y realizándole las pruebas pertinentes para evaluar su funcionamiento y fiabilidad de comportamiento como parte importante del sistema. Se presentaron los siguientes resultados en los diferentes ambientes de trabajo expuestos. 5.3.1 Prueba de laboratorio con oscilador

El circuito en su totalidad tuvo un consumo de corriente en las fuentes de suministro de voltaje de 11mA en la positiva y 12mA en la negativa, resultando así un consumo de potencia nada elevado considerando que se alimentan de +5V y -5V, y se tiene conectado el bucle inductivo de prueba.

Figura 5.5. Consumo de corriente en las fuentes de suministro de voltaje.

Por otro lado en el osciloscopio digital de Hewlett Packard se obtuvieron las siguientes mediciones en la frecuencia y amplitud de la señal: 92.59KHz variando de 94.97KHz como máximo y 92.25KHz como mínimo con un periodo de 10.73µs y un voltaje de pico a pico de 3.5V. Se percibe visualmente el ruido en los valles de la onda senoidal presentada en la figura 5.6, pero éste no tiene mucha relevancia ya que posteriormente se requerirá rectificar dicha parte de la señal. Cuando se presenta la máxima frecuencia, es cuando se crea una alteración a la temperatura, aumentándola, dichas alteraciones son provocadas únicamente al oscilador inductivo y directamente dirigidas al TL084.

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Figura 5.6. Frecuencia de salida del oscilador basado en OPAM.

5.3.2 Prueba a intemperie con oscilador

En la sección 5.1 se comprobó la variación de la inductancia del bucle inductivo y en las pruebas de laboratorio anteriormente expuestas (punto 5.3.1) se observa la frecuencia de salida del oscilador inductivo basado en OPAM, en dicha prueba no se apreciaron tantas variaciones tomando en cuenta que se encuentra conectado el bucle inductivo de prueba, ahora se expresan los resultados obtenidos cuando el bucle inductivo de prueba, conectado al oscilador inductivo basado en OPAM, es sometido a la presencia de diferentes vehículos, por lo que se verán expuestos los resultados en base a la frecuencia de salida. El sistema comienza a ser sometido a prueba a la 1:15 p.m. con una temperatura ambiente de 12°C, el bucle inductivo de prueba esta posicionado verticalmente respecto al paso de los vehículos. La primera medición se realizó sin haberse posado ningún vehículo ante el bucle inductivo de prueba, y resultó dar una frecuencia de salida de 89.29Khz con una amplitud de 3.75Vpp. Se procedió a realizar las siguientes mediciones expuestas en la tabla 5.2:

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Tabla 5.2. Frecuencia del oscilador en la primera prueba a intemperie.

Respecto a la tabla 5.2, las primeras cuatro mediciones se consideran erróneas, ya que apenas se sincronizaba la manera de llevar a cabo las anotaciones de las mediciones obtenidas por el osciloscopio al circular vehículos, cuando estos primeros vehículos pasaron, lo hicieron de manera incorrecta, ya que agarraban de lado o pasaban desapercibido al bucle inductivo. Pero aún así se percibe un leve cambio en la frecuencia del oscilador respecto a la frecuencia inicial, pero más notorio el cambio en las restantes cinco mediciones, en donde los vehículos posaron perfectamente ante el bucle inductivo. Estas mediciones fueron interrumpidas por el vaivén de los vehículos que al querer entrar y salir, las llantas de uno de los vehículos se amarro con la madera tipo triplay, aventándola, dañando el sistema, se concluyo parcialmente a la 1:23 p.m.

Figura 5.8. Equipo útil para la prueba.

Figura 5.7. Vehículo ante el bucle inductivo. Figura 5.8. Equipo útil para la prueba.

Frecuencia de salida Periodo Vehículo

1 90.91Khz 10.90 µs Corolla

2 92.38Khz 10.80 µs Montecarlo

3 91.74Khz 10.90 µs Nissan

4 90.70Khz 10.90 µs S-10

5 96.39Khz 10.40 µs Accord

6 97.56Khz 10.08 µs Cambridge

7 97.56Khz 10.43 µs Passport

8 95.00Khz 10.43 µs Blazer

9 99.34Khz 10.60 µs Blazer

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Tabla 5.3 Frecuencia del oscilador en la segunda prueba a intemperie.


10 83.68Khz 12.02 µs Ranger

11 90.50Khz 11.02 µs Jetta

12 90.50Khz 11.00 µs Sable

13 87.91Khz 11.42 µs Derby

14 89.49Khz 11.12 µs Optra

15 90.29Khz 11.05 µs Jetta

16 89.29Khz 11.12 µs Altima

17 87.13Khz 11.15 µs Malibu

18 90.50Khz 11.02 µs Accord

19 90.71Khz 11.02 µs Villager

20 92.38Khz 10.72 µs Stratus

21 93.90Khz 10.60 µs 300M

22 92.38Khz 10.72 µs Odyssey

23 90.02Khz 11.12 µs Micra

24 88.69Khz 11.27 µs Tracker

25 90.91Khz 11.00 µs Jetta

26 92.39Khz 10.85 µs Scape

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La tabla 5.3 expresa las mediciones obtenidas después de haber reanudado a las 3:28 p.m., utilizando el LCR se visualizó una lectura de 123.10µH siendo esta lectura la de la bobina del bucle inductivo de prueba, y apreciándose una frecuencia 85.47Khz, captada con el osciloscopio, considerando que ningún vehículo posaba ante el bucle inductivo. Las mediciones 10, 13,16, 17,23 y 24 son mediciones que se hicieron a partir de que los vehículos no se plantaron de manera correcta en el bucle inductivo de prueba, ya que solamente una pequeña parte del vehículo estaba sobre el bucle, es por eso que se produjo una frecuencia menor a comparación de las demás. En las mediciones anteriormente señaladas como incorrectas, no se alcanzó a detectar la materia ferrosa por completo de dichos vehículos, pero si se alcanza a percibir una variación importante con respecto a la frecuencia inicial obtenida. Tabla 5.4 Frecuencia del oscilador en la tercer prueba a intemperie.

Las mediciones expuestas en la tabla 5.4 se realizaron a partir de posicionar el bucle inductivo de prueba de manera horizontal con respecto al tránsito de los vehículos.

27 91.12Khz 10.95 µs Passport

28 90.91Khz 11.02 µs Jetta


29 88.11Khz 11.30 µs Chevy troca

30 92.38Khz 10.68 µs Scort

31 93.24Khz 10.70 µs Rodeo

32 95.97Khz 10.36 µs Stratus

33 95.79Khz 10.36 µs RAM 2500

34 95.15Khz 10.47 µs Moldeo

35 94.43Khz 10.60 µs Matiz G2

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Dicha prueba concluyó a las 3:43 p.m., ya que se estaba obstaculizando la ágil entrada de los usuarios al estacionamiento (en dicho momento se aprecia como los guardias de seguridad entregan un boleto de ingreso a los usuarios), se terminó la prueba detectando una frecuencia de salida sin vehículo de 86.84Khz. 5.3.2.1 Prueba con bucle inductivo en pavimento

Cabe recalcar y recordar que todas las mediciones anteriores fueron realizadas con el bucle inductivo de prueba, y es por eso que existió un gran desfase en las mediciones obtenidas. El bucle inductivo de prueba aunado a la tabla tipo triplay era desplazado por los vehículos al cruzar sobre él, por lo tanto la posición de cada vehículo al cruzar el bucle inductivo era variable, por ende se obtuvieron mediciones un poco incongruentes. Tomando a consideración que el bucle inductivo de prueba está sometido directamente a los cambios de la temperatura y desgaste que causa la inercia de las llantas del vehículo al arrancar después de haberse parado completamente sobre éste, creando cierta separación entre las espiras que conforman el embobinado y deteriorando las dimensiones del bucle inductivo de prueba.

El proyecto piloto mencionado en la sección 2.1 implementa la utilización de un bucle inductivo y una barrera vehicular, situado esto en la zona de acceso a docentes y administrativos del IIT/IADA, en donde el bucle inductivo adherido en el pavimento corresponde al mismo diseño que el bucle inductivo de prueba utilizado en las pruebas anteriores, por lo tanto corresponden de igual manera las dimensiones geométricas y las características eléctricas. Se realizaron las mediciones y pruebas pertinentes instalando el oscilador inductivo en base a OPAM conectando los cables de retorno del bucle inductivo adherido en el pavimento.

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Figura 5.10. Bucle inductivo en pavimento.

Figura 5.9. Barrera vehicular instalada. Figura 5.10. Bucle inductivo en pavimento.

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Dichas pruebas se empezaron a realizar a las 8:12 p.m., se utilizó el LCR para medir la inductancia de la bobina incrustada en el pavimento y se obtuvieron 125.4µH, se realizó la primera medición sin vehículo sobre el bucle inductivo del pavimento, se obtuvo una frecuencia de salida de 96.90Khz. A partir de las primeras mediciones se tomaron los siguientes datos: Tabla 5.5. Frecuencia de salida en intemperie con bucle en pavimento. Frecuencia

de salida Periodo Vehículo Frecuencia

de salida Periodo Vehículo

1 100.80Khz 9.98 µs Golf 16 100.40Khz 9.98 µs Blazer

2 99.21Khz 10.15 µs Spectra 17 100.30Khz 10.00 µs Toyota T100

3 97.75Khz 10.20 µs Eco Sport 18 102.80Khz 9.73 µs Stratus

4 99.70Khz 10.02 µs Optra 19 100.10Khz 9.97 µs X Trail

5 100.60Khz 9.94 µs Altima 20 98.62Khz 10.10 µs Dodge

6 99.01Khz 10.12 µs Suburban 21 100.60Khz 9.91 µs Avenger

7 99.10Khz 10.10 µs Lobo 22 99.30Khz 10.11 µs Explorer

8 102.00Khz 9.82 µs Focus 23 100.70Khz 9.97 µs Capri

9 102.40Khz 9.76 µs Century 24 103.00Khz 9.70 µs Sentra

10 102.60Khz 9.74 µs Marquis 25 100.10Khz 9.99 µs Expedition

11 99.80Khz 10.05 µs Cherokee 26 97.85Khz 10.20 µs Ranger

12 103.00Khz 9.73 µs Sentra 27 98.72Khz 10.13 µs F-150

13 103.00Khz 9.72 µs Lincoln 28 98.73Khz 10.08 µs Silverado

14 103.00Khz 9.68 µs Stratus 29 101.00Khz 9.88 µs Accord

15 99.70Khz 10.01 µs Explorer 30 98.23Khz 10.17 µs Cherokee

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Se anotaron tres mediciones de la frecuencia de salida del oscilador, dichas medidas hechas sin la presencia de vehículo ante el bucle inductivo en el pavimento, (una de ellas ya expuesta, la cual se realizó al comenzar las mediciones) se registró la hora con respecto a la frecuencia obtenida en dicho momento: 95.88Khz a las 8:36 p.m. y 96.71Khz a las 8:48 p.m. Pudiéndose observar cuando se considera que hay detección, obteniendo los datos expuestos en la tabla 5.5 y a partir de estos se obtiene una media aritmética de 100.40Khz. Considerándose detección a partir de presentarse cambios de 850hz respecto a la medida inicial tomada. Observando la variedad de la medidas obtenidas, se tiene a consideración un interruptor que pueda controlar las diferentes configuraciones posibles. 5.4 Elección del oscilador inductivo a utilizar

La estabilidad de frecuencia se da generalmente como un porcentaje de cambio en frecuencia (tolerancia) del valor deseado. Por ejemplo, un oscilador operando a 100Khz con una estabilidad de ±5% operará a una frecuencia de 100Khz + 5Khz o entre 95 y 105Khz. Las estaciones comerciales de radiodifusión en FM deben mantener sus frecuencias portadoras dentro de +2Khz de su frecuencia asignada, que es aproximadamente una tolerancia de 0.002%. En la radiodifusión comercial en AM, el cambio máximo permisible en la frecuencia portadora es sólo de + 20Hz. Varios factores afectan la estabilidad de un oscilador. Los más obvios son aquellos que afectan directamente el valor de los componentes para determinar la frecuencia. Estos incluyen cambios en valores de la inductancia, capacitancia y resistencia debido a variaciones ambientales en temperatura, humedad y los cambios en el punto de operación, haciendo referencia a los transistores así como los transistores con efecto de campo. Se presentó una mayor estabilidad en el sistema en total, cuando el bucle inductivo se encuentra incrustado en el pavimento e implementando el oscilador inductivo en base a OPAM. 5.5 Pruebas de Oscilador con señal cuadrada

Al simular el circuito esquemático de la figura 4.26 se obtuvieron las señales expuestas en la figura 5.11, donde se aprecia la conversión de onda y la sincronización de la frecuencia, con su pequeño desfase.

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Figura 5.11. Simulación de la comparación de ondas.

Se hicieron pruebas en laboratorio utilizando el bucle inductivo de prueba, se apreció un comportamiento similar, con respecto a la simulación, obteniendo las señales expuestas en la siguiente figura:

Figura 5.12. Visualización de las diferentes formas de onda del Oscilador.

A partir de aplicar la rectificación expuesta en el punto 4.3.6, se le pueden aplicar directamente los impulsos provenientes del Oscilador inductivo al MCU, ya que dicha etapa de rectificación tiende a “eliminar” la parte negativa de la señal, o más bien; rectifica a 0.7V. Siendo este un valor permisible dentro del diseño del MCU, para voltaje reversible.

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Figura 5.13. Visualización de la rectificación.

5.6 Pruebas de periféricos y dispositivos de Hardware

En las figuras presentadas a continuación se aprecia el consumo de corriente del circuito en su totalidad y se aprecia el comportamiento de uno de los diferentes dispositivos periféricos, al cargarle al MCU un programa de prueba de hardware. Con esto se comprueban las conexiones de algunos dispositivos, se redefinen diferentes conexiones y se toman en cuenta posibles mejoras e implementaciones como lo es expresado en el punto 4.4.2.2.

Figura 5.15. Prueba con LCD.

Figura 5.14. Monitoreo de alimentación. Figura 5.15. Prueba de LCD.

Todos los dispositivos funcionaron perfectamente a excepción de la barra de LEDs que se aprecia un parpadeo cada que el bus de datos del LCD envía datos.

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Se opta por dejar una resistencia fija de luminosidad para el LCD, quitando el potenciómetro de ajuste de luminosidad. Son reacomodadas las líneas de la barra de LEDs que se conectaban al MCU, ya que se establece la línea RA1 como salida indicadora de presencia de vehículo. Recorriendo y reasignando las diferentes líneas de entrada/salida con las que cuenta el MCU. 5.7 Prueba al circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia

Al aplicar el buffer triestado expuesto en el punto 4.4.2.3, se evita el parpadeo en la barra de LEDs ocasionado en la prueba de hardware, por lo tanto la línea RA3 se destina como encargada de permitir la escritura en la barra de LEDs indicadores de presencia. Tal cual se aprecia en el diagrama esquemático del circuito detector de la figura 4.34 y en la fotografía de la tableta de prototipos presentada a continuación, donde los cables color azul/blanco indican conexiones de la implementación del bus triestado.

Figura 5.16. Circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia.

5.7.1. Implementación de circuito detector en gabinete

Esta sección describe los resultados obtenidos después de haber aplicado la metodología de diseño y construcción del PCB en la sección 4.5. Se menciono que el recipiente de plástico era agitado para llevar a cabo el barrido del cobre sobrante, así fue

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hasta obtener los resultados como se aprecian en la figura 5.18, al terminar este proceso se procede a enjuagar la tablilla con abundante agua para detener la reacción.

Figura 5.17. Resultado del atacado con cloruro férrico.

Después de haber soldado e insertado los componentes y limpiado la tablilla se fotografió el PCB quedando tal cual lo expresan las siguientes figuras:

Figura 5.18. Ensamble y soldado de componentes.

Se construyo el gabinete el cual satisfacía las necesidades de espacio y de hardware quedando de la siguiente manera:

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Figura 5.19. Gabinete finalizado.

5.7.2 Interpretación de las posibles configuraciones con el DIP Switch

El DIP Switch definido en la figura 4.34 como DSW1, tiene como función determinar las configuraciones existentes para el funcionamiento del sistema, se determinaron cuatro posibles configuraciones, referentes estas a los diferentes rangos de materia ferrosa de cada tipo de vehículo, dichas configuraciones son las siguientes:

• “Configuración 1”: esta configuración es la correspondiente por defecto, es cuando los primeros dos interruptores se encuentran arriba. Y detectara a los vehículos de uso común desde un compacto Atoz hasta una Expedition, pudiendo darle paso a una motocicleta con masa considerable encendiendo tres LEDs.

• “Configuración 2”: denominada para la detección de vehículos pequeños, se utiliza un preescalador el cual crea un rango de resultados mayor para poder asimilar esos pequeños cambios presentados en la inductancia del bucle inductivo.

• “Configuración 3”: vehículos con suspensiones realmente elevadas son los

vehículos que tenían una entre baja y media detección. Esta configuración es la especializada para la detección de este tipo de vehículos, pudiendo entrar estos vehículos en el rango permisible de aceptación en configuración 1, dando un posible resultado a lo que se le denomina “Detección pasa”, (tres LEDs se encienden), lo que se recomienda si es que es inusual este tipo de vehículos.

• “Configuración 4”: Configuración dedicada para detectar y determinar

eléctricamente la ausencia y/o presencia de vehículos verdaderamente densos como es el caso de camiones de carga, autobuses, entre otros. Aunque para este tipo de situaciones se recomienda un rediseño del bucle inductivo en el suelo, dimensionalmente hablando.

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5.7.3 Interpretación de las posibles respuestas en la barra de LEDs

La barra de LEDs es una barra diseñada horizontalmente la cual enciende de izquierda a derecha, es formada por diodos emisores de luz manejados comúnmente en el mercado. Los utilizados son color rojo ultra brillante, estos están situados independientes a la tablilla, los cuales van adheridos en la tapa del gabinete interconectados con un arnés de cable plano hacia la tablilla.

El comportamiento de la barra de LEDs tiene un comportamiento lógico para el personal

que instala el dispositivo ya que a partir de su buen funcionamiento e instalación vera como la respuesta será reflejada al paso de los vehículos. Siendo lo siguiente una interpretación del encendido de los LEDs que conforman la barra del gabinete:

• Ningún LED encendido: El sistema no detecta ninguna materia ferrosa.

• Un LED encendido: El sistema detecta interferencia. Si constantemente al intentar pasar los vehículos se presenta este resultado, puede que el sistema haya sido arrancado por primera vez, pudiendo que esté este en una configuración inadecuada. Siendo la configuración más probable la configuración 4, debido al estudio que se hizo en las tablas respecto al tipo de vehículos que ingresaban al estacionamiento de docentes pudiendo estar equivocadamente por configuración de quien maniobre el dispositivo en configuración para vehículos densos.

• Dos LEDs encendidos: Se considera una mala detección. Se afirma que se presenta una masa ferrosa considerable, pero no lo completamente considerable para levantar la pluma que impide el acceso al estacionamiento.

• Tres LEDs encendidos: Se denomina “Detección pasa”, es el menor posible resultado para que sea considerado el ingreso o egreso de un vehículo al estacionamiento. No siendo esta la más viable para que constantemente se le permita el ingreso a los vehículos al estacionamiento. Pero pudiendo ser un indicio que se encuentra en una configuración no tan idónea para el tipo de detección, se recomiendo utilizar la adyacente inferior.

• Cuatro LEDs encendidos: Desde aquí es el rango permisible dentro de los rangos

normales para el ingreso de vehículos a un estacionamiento, denominándose así “Detección buena”, ya que es la respuesta ideal, pero es por eso que existen los demás tipos de configuraciones, para determinar cuando se le permitirá la entrada a vehículos de masas ferrosas menos considerables como es el caso de bicicletas o sillas de ruedas (que se puede presentar el caso), siendo lo más recurrente que esté tipo de vehículos en la configuración Default rechace pudiendo encender uno o dos LEDs sin haber elevado la pluma que impide el ingreso al estacionamiento. Esta respuesta es el pivote utilizado para ajustar la configuración adecuada con el DIP Switch DSW1, respecto a la masa ferrosa presentada en el bucle inductivo.

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• Cinco LEDs encendidos: Se denomina “Detección excelente”, o más bien

exagerada, según la recurrencia que se le vea como respuesta. 5.7.4 Función de interruptor OK/Config

Este interruptor tiene la función de asegurar que el dispositivo arranque sin vehículo sobre el bucle inductivo, ya que al inicio del sistema aparece una leyenda la cual dice: “CONFIGURANDO corroborar que no haya auto ¶ Press OK/Config”, al presionar el interruptor se genera en programa una frecuencia inicial la cual es la que sirve de referencia para determinar cambios en el bucle inductivo. La segunda función que tiene el interruptor OK/Config, es generar una interrupción al MCU cuando procesa, para que éste desasista lo que ejecuta guardando en pila el contador de programa, para proceder a la configuración, esto es volver a arrancar desde el inicio generar otra frecuencia inicial y compararla con la frecuencia inicial anteriormente guardada, y si estas difieren en la tolerancia (ver apéndice C, subrutina de configuración) reasignar la frecuencia inicial.

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CAPITULO 6

CONCLUSIONES Y PERSPECTIVAS DE FUTURO

6.1 Conclusiones

Se concluye este proyecto ofrecido a la Institución a la que se pertenece, para hacer uso y valerse de él, como base para fines de utilización determinísticos de ausencia y/o presencia de vehículos ante un estacionamiento. Dándonos una respuesta eléctrica a dicha interrogante: ¿Ausencia o presencia?, representada dicha respuesta eléctricamente en 6 factores posibles dependiendo de los LEDs encendidos en la barra que se encuentra en la parte superior del gabinete del circuito detector de bucle inductivo e interpretador de la frecuencia.

La estabilidad de frecuencia es la habilidad de un oscilador para permanecer a una frecuencia fija y es de máxima importancia en los sistemas de comunicación. La estabilidad de frecuencia a menudo se considera de corto o largo plazo. La estabilidad de corto plazo se ve afectada principalmente por las fluctuaciones en los voltajes de operación de CC, mientras que la estabilidad a largo plazo es una función de la edad de los componentes y los cambios de temperatura así como la humedad del ambiente. En los osciladores de circuito tanque LC discutidos anteriormente, la estabilidad de frecuencia es inadecuada para la mayoría de las aplicaciones utilizadas en radio comunicaciones. Los factores Q de los circuitos tanque LC son relativamente bajos, permitiendo que el circuito tanque resonante oscile sobre una amplia gama de frecuencias. Aun así se garantiza que el sistema es viable para la aplicación en curso.

También afectan a la estabilidad aquellos voltajes de lazo en CA en las fuentes de

poder de CC. La estabilidad de frecuencia en los osciladores RC o LC puede mejorarse enormemente regulando la fuente de poder en CC y minimizando las variaciones ambientales. También pueden utilizarse componentes especiales independientes de la temperatura. Es por ello que se implementa los dispositivos reguladores de voltaje, los diferentes disipadores para los componentes, el tipo de base de pin utilizado para los integrados y el espacio que se le da a la tablilla para que ventile libremente el aire. En la realización de este proyecto se corroboro que la aleación de un Hardware adecuado a los requerimientos es fácil de amoldarse a un Software de control, el cual previamente es definido su algoritmo, sin importar el lenguaje de programación que se llegara a utilizar para la resolución del mismo. Dejando marcado en mí que la organización,

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planeación, el ser responsable y entusiasta a la hora de hacer las cosas, es el mejor camino para lograrlo terminarlas. Cubriendo hasta aquí lo propuesto en el protocolo de titulación. Dejando claro que el desarrollo fue mediante los conocimientos adquiridos dentro y fuera de las aulas formativas de la UACJ, pero siempre sintiendo el apoyo y guía de los docentes que la conforman. 6.2 Perspectivas de futuro

Los resultados obtenidos en este proyecto son de interés de evaluación para determinar la ausencia o presencia de vehículos ante un estacionamiento. En el transcurso de este estudio se han identificado nuevas líneas de investigación que se podrían emprender para mejorar y ampliar el trabajo realizado: 1) Mejora en la estabilidad del oscilador inductivo: a esto aunado; mejorar la estabilidad

del circuito tanque LC, ya que se investigo sobre el alto índice de coeficiente de temperatura que se le asigna a los capacitores cerámicos, pudiéndose sustituir por capacitores NP0 cuyo coeficiente de temperatura es prácticamente cero. Y referente al oscilador, este se puede modificar convirtiéndose en Oscilador Clapp el cual permite inductancias más elevadas que elevan el factor Q, o un oscilador Vackar ya que su nivel de salida es relativamente estable sobre el rango de frecuencias, y tiene un mayor ancho de banda que el Clapp.

2) Rediseñar el bucle inductivo: se comprueba con la tabla 5.4, que se obtienen cambios

más drásticos en el bucle inductivo al posicionar horizontalmente el bucle inductivo respecto al tránsito de los vehículos. Se plantea incrustar en pavimento un bucle inductivo diseñado en laboratorio (de medidas 1.50mx.6m), para que esté sea completamente cubierto por el paso de los vehículos.

3) Implementación de barrera vehicular por elaboración propia: se considera la implementación, seguimiento y elaboración del diseño planteado para realización de una barrera vehicular liviana y susceptible a los propensos impactos de vehículos. Pudiéndose realizar de PVC con un contrapeso, motor de CA, reducción con polea e implementación de transmisión, controlando la pluma con un solo sentido del motor creando el vaivén con un juego de bielas.

4) Ampliar las líneas de investigación sobre los sensores AMR, para poder plantear una

mejora a la resolución de la problemática planteada, aprovechado la ventaja que ofrece la MR respecto a sensores magnéticos, entre ellas la sencillez de su modelo matemático siendo de un sistema de orden cero, deslindándose de la dependencia que tienen los sensores hall a la derivada temporal de la densidad de flujo magnético.

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REFERENCIAS

[1] Jerry D. Wilson, Física con aplicaciones. McGRAW-HILL, 1993.

[2] Oslo Zambrano Sánchez, “Apuntes de Teoría electromagnética I”, UACJ Clase impartida por M.C. Ricardo Enrique Pérez Blanco, Semestre Enero-Junio 2008, Mar. Del 2010.

[3] “Campo magnético / Propiedades del campo magnético” http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magnético, al 1 de Marzo 2010.

[4] Federico Dios Otín, David Artigas García, Jaume Recolons Martos, Adolfo Comerón Tejero, Ferran Canal Bienzobas, Campos electromagnéticos. Alfaomega, 2000.

[5] “Campo eléctrico / Descripción del campo eléctrico” http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_eléctrico, al 1 de Marzo 2010.

[6] “Desarrollo de un campo electromagnético” http://www.fisicaweb.info/LA_ELECTRI__Y_GRAVEDAD___FR/la_ele15.jpg, al 1 de Marzo 2010.

[7] “Campo electromagnético” http://es.wikipedia.org/wiki/Campo_electromagnético, al 1 de Marzo 2010.

[8] “Corriente de Foucault” http://es.wikipedia.org/wiki/Corriente_de_Foucault, al 1 de Marzo 2010.

[9] Pedro Camarena M., Manual práctico de bobinado. C.E.C.S.A., 1979.

[10] “Inductor / Comportamiento en corriente alterna” http://es.wikipedia.org/wiki/Inductor, al 1 de Marzo 2010.

[11] “Inductancia” http://es.wikipedia.org/wiki/Inductancia, al 1 de Marzo 2010.

[12] Ramón Pallas Areny, Sensores y acondicionadores de señal. McGRAW-HILL, 1993.

[13] “Sensor inductivo / Conceptos teóricos” http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_inductivo, al 2 de Marzo 2010.

103

[14] James S. Bryant, Circuit Analysis essentials: a signal processing approach. Thomson, 2006.

[15] “Oscilador LC / Funcionamiento del circuito” http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador_LC, al 2 de Marzo 2010.

[16] “Oscilador Hartley / Funcionamiento del oscilador Hartley” http://www.unicrom.com/Tut_osc_hartley.asp, al 2 de Marzo 2010.

[17] “Oscilador Colpitts / Funcionamiento del oscilador Colpitts” http://www.unicrom.com/Tut_osc_colpits.asp, al 2 de Marzo 2010.

[18] “Oscilador de cristal / Características” http://es.wikipedia.org/wiki/Oscilador_de_cristal, al 2 Marzo 2010.

[19] “Diodo / curva característica del diodo” http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo, al 2 de Marzo 2010.

[20] “PIC16F84A / Device overview” http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/35007b.pdf, al 2 de Marzo 2010.

[21] Enrique Palacios Municio, Fernando Remiro Domínguez, Lucas J. López Pérez, Microcontrolador PIC16F84 Desarrollo de proyectos. Alfaomega, 2006.

[22] “PIC16F84A / Estructura” http://es.wikipedia.org/wiki/PIC16F84, al 2 de Maro 2010.

[23] José García Trasancos, Electrotecnia, Paraninfo, 1997.

[24] Miguel Ángel León Monroy “Motores y generadores AC/DC / Partes motor corriente alterna” http://acdcmotorygenerador.blogspot.com/2009/05/partes-

motor-corriente-alterna.html, al 2 de Marzo 2010.

[25] Javier Carrasco “Lazos inductivos para detectar la presencia de vehículos construidos en sitio” http://www.tyssatransito.com/Archivos_pdf/T2_PESAJE

_WIM_CLASIFICACION_2007_PDF/Lazo_Inductivo_InSitu.pdf, al 31 de Marzo 2010.

[XX] “Hojas de datos de componentes electrónicos” http://www.alldatasheet.com/, al 15 de abril del 2010.

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APÉNDICE A

PROVEEDORES DE SISTEMAS EXISTENTES

Se contactó por medio de Internet a la empresa SEGURIDAD DIGITAL INDUSTRIAL S.A. DE C.V., localizados en México D.F. Por medio de Sergio César Hernández Retana se realizó la requisición de un sistema completo con barrera vehicular, el cuál extendió la presente cotización:

Dicha empresa con dirección electrónica: www.seguridaddigital.com.mx, envió manual de instalación de la barrera vehicular, y un pequeño catalogo de barreras de la marca SIGMA las cuales manejan.

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De igual manera, apoyado del Internet, se contactó a la empresa DR Security S.A. de C.V., por medio del ingeniero Fernando García García quien funge como gerente de la zona norte, ubicado en Monterrey. Se solicitó la cotización de las barreras vehiculares que manejan. Se obtuvo una respuesta satisfactoria con un muy buen trato. Se estableció contacto telefónico y vía e-mail, obteniendo la siguiente cotización:

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APÉNDICE B

HOJAS DE DATOS

Las hojas de datos dadas a conocer en esta sección, son parte de los diferentes componentes presentados en el desarrollo del proyecto, corresponden a los utilizados, y fue por medio de éstas con las que se resolvieron diferentes dudas técnicas con respecto a conexiones y parámetros de trabajo. La siguiente hoja de datos corresponde al transistor MPS6531 el cuál fue utilizado para la realización pruebas de estabilidad, utilizado como dispositivo de amplificación y retroalimentación para el diseño de un oscilador Colpitts.

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La hoja de datos presentada a continuación hace referencia al OPAM utilizado para la retroalimentación regenerativa del oscilador Colpitts, y es el integrado que se utilizó finalmente para el diseño. Ya que como se ve en la presente cumple con los requerimientos

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La siguiente hoja de datos hace referencia a las características físicas y eléctricas, además a los parámetros de trabajo del AD817 el cuál se utilizó para convertir la señal senoidal a cuadrada.

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El PIC16F84A, siendo la parte central para la interpretación del comportamiento del sistema, es por eso que en esta sección se dan a conocer sus características a detalle.

124

La siguiente hoja de datos hace referencia a las características del LCD utilizado, siendo el GP-01 como está marcado en la parte frontal, y como número de parte de Samsung con el SMC-1622.

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La siguiente hoja de datos hace referencia al dispositivo electrónico utilizado en el punto 4.4.2.3 el cuál es el 74LS244:

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APENDICE C

CODIGO FUENTE

A continuación se presenta el archivo de cabecera utilizado para poder invocar los diferentes mnemónicos. Este archivo se agrega después de haber creado el proyecto, en la opción headers files se agrega el fichero P16F84A.INC, el cuál es un archivo de encabezado que define configuraciones, registros y otros bits útiles, para que así coincida con las hojas de datos lo más cerca posible. LIST ; P16F84A.INC Standard Header File, Version 2.00 Microchip Technology, Inc. NOLIST ; This header file defines configurations, registers, and other useful bits of ; information for the PIC16F84 microcontroller. These names are taken to match ; the data sheets as closely as possible. ; Note that the processor must be selected before this file is ; included. The processor may be selected the following ways: ; 1. Command line switch: ; C:\ MPASM MYFILE.ASM /PIC16F84A ; 2. LIST directive in the source file ; LIST P=PIC16F84A ; 3. Processor Type entry in the MPASM full-screen interface ;========================================================================== ; ; Revision History ;

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;================================================================ ;Rev: Date: Reason: ;1.00 2/15/99 Initial Release ;================================================================ ; ; Register Definitions ; ;================================================================ W EQU H'0000' F EQU H'0001' ;----- Register Files------------------------------------------------------ INDF EQU H'0000' TMR0 EQU H'0001' PCL EQU H'0002' STATUS EQU H'0003' FSR EQU H'0004' PORTA EQU H'0005' PORTB EQU H'0006' EEDATA EQU H'0008' EEADR EQU H'0009' PCLATH EQU H'000A' INTCON EQU H'000B' OPTION_REG EQU H'0081' TRISA EQU H'0085' TRISB EQU H'0086' EECON1 EQU H'0088' EECON2 EQU H'0089' ;----- STATUS Bits -------------------------------------------------------- IRP EQU H'0007'

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RP1 EQU H'0006' RP0 EQU H'0005' NOT_TO EQU H'0004' NOT_PD EQU H'0003' Z EQU H'0002' DC EQU H'0001' C EQU H'0000' ;----- INTCON Bits -------------------------------------------------------- GIE EQU H'0007' EEIE EQU H'0006' T0IE EQU H'0005' INTE EQU H'0004' RBIE EQU H'0003' T0IF EQU H'0002' INTF EQU H'0001' RBIF EQU H'0000' ;----- OPTION_REG Bits ---------------------------------------------------- NOT_RBPU EQU H'0007' INTEDG EQU H'0006' T0CS EQU H'0005' T0SE EQU H'0004' PSA EQU H'0003' PS2 EQU H'0002' PS1 EQU H'0001' PS0 EQU H'0000' ;----- EECON1 Bits -------------------------------------------------------- EEIF EQU H'0004' WRERR EQU H'0003' WREN EQU H'0002' WR EQU H'0001' RD EQU H'0000'

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;========================================================================== ; ; RAM Definition ; ;========================================================================== __MAXRAM H'CF' __BADRAM H'07', H'50'-H'7F', H'87' ;========================================================================== ; ; Configuration Bits ; ;========================================================================== _CP_ON EQU H'000F' _CP_OFF EQU H'3FFF' _PWRTE_ON EQU H'3FF7' _PWRTE_OFF EQU H'3FFF' _WDT_ON EQU H'3FFF' _WDT_OFF EQU H'3FFB' _LP_OSC EQU H'3FFC' _XT_OSC EQU H'3FFD' _HS_OSC EQU H'3FFE' _RC_OSC EQU H'3FFF' LIST

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A continuación se detalla el programa contador de frecuencia que es el encargado de realizar las diferentes funciones para controlar los dispositivos de entrada/salida conectados al MCU y de igual manera es el que desarrolla el algoritmo interpretador de frecuencia. ;========================================================================== ; Proyecto: Contador de frecuencia. ; Programa: Frecuencímetro ; Autor: Oslo Zambrano Sánchez ; Fecha: 16 de abril del 2010. ; Descripción: ; Frecuencímetro elemental para la señal aplicada al pin RA4. ; ; ;========================================================================== ; ZONA DE DATOS LIST P=16F84A INCLUDE <P16F84A.INC> ERRORLEVEL -302 ; Elimina el mnsj 302 de la lista de archivos __CONFIG _CP_OFF & _WDT_OFF & _PWRTE_ON & _XT_OSC CBLOCK 0x0C ; Las variables se posicionan a partir de Frecuencia ; esta posición de RAM. Frec_Inicial Temporal DSW1 Diferencia ENDC #DEFINE EN_LED PORTA,3 #DEFINE LED1 PORTB,4 #DEFINE LED2 PORTB,5 #DEFINE LED3 PORTA,1 #DEFINE LED4 PORTB,6 #DEFINE LED5 PORTB,7

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#DEFINE SW2 PORTB,0 #DEFINE DSW1_1 PORTB,1 #DEFINE DSW1_2 PORTB,2 #DEFINE DSW1_3 PORTB,3 Tolerancia EQU d'2' ; Tolerancia para Auto Ajuste. Son ; unidades de la frecuencia entre 4. ;========================================================================== ; ZONA DE CÓDIGO ORG 0 goto Inicio ORG 4 goto Modo_Config Inicio call LCD_Inicializa bsf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 1. bsf SW2 bsf DSW1_1 ;Se declaran las entradas y salidas bsf DSW1_2 bsf DSW1_3 bcf EN_LED bcf LED1 bcf LED2 bcf LED3 bcf LED4 ; Interrupción INT se activa por flanco ; de bajada. bcf LED5 ; RA4/T0CKI. Prescaler asignado al ; WDT. movlw b'00110001' ; TMR0 como contador, por flanco ; descendente de movwf OPTION_REG ; Activo resistencias Pull-up bcf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 0. call ClearLEDs ; Inicializa LEDs Tomo_Muestra movlw Mensaje0

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call LCD_MensajeMovimiento call LCD_Linea2 movlw Mensaje1 call LCD_Mensaje Espera btfsc SW2 goto Espera call Retardo_20ms Espera2 btfss SW2 goto Espera2 clrf TMR0 ; Inicializa contador. call Retardo_10ms ; Tiempo durante el cual contará los ; pulsos. movf TMR0,W ; Lee el Timer 0 o, lo que es lo mismo, ; el número movwf Frec_Inicial ; de pulsaciones en 1ms. call Visualiza_Inicio call Retardo_2s movlw b'10010000' ; Permito interrupciones movwf INTCON ; PRINCIPAL-------------------------------------------------------------------- ; Principal bsf LED3 ; Me aseguro de que está apagado ; LED3. bsf EN_LED ; Activo alta impedancia en buffer de ; LEDs. bcf STATUS,C ; Bajo bandera de acarreo. movf PORTB,W ; Lee el modo de sensibilidad en el ; DIPSwitch andlw 0x0E ; solamente importan los 3 bits de ; DSW1. movwf DSW1 ; Paso la configuracion a DSW1. rrf DSW1,0 ; Ya que DSW1 esta en RB1, RB2 y ; RB3, se rota un bit a la derecha. addwf PCL,F ; Salta a la configuración adecuada.

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Sensibilidad goto Configuracion1 ; Configuración DEFAULT goto Configuracion2 ; Modo Laboratorio. goto Configuracion3 goto Configuracion4 Configuración1 ; CONFIGURACIÓN DEFAULT movlw .1 call Num_Config call LeeFrec movlw .5 ; Se sitúa en el centro de la segunda ; línea. call LCD_PosiciónLinea2 movf Frecuencia,W ; Visualiza la frecuencia. call VisualizaNúmero movlw Mensaje3 call LCD_Mensaje call Retardo_20ms call ControlLEDs ; call Frec_Down ; Verifica que la frecuencia haya ; bajado. Levantar una bandera y estar ; checando que cumpla el ciclo ; btfss call Retardo_1s goto Fin Configuración2 ;CONFIGURACION ; LABORATORIO movlw .2 call Num_Config goto Fin Configuración3 movlw .3 call Num_Config goto Fin

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Configuración4 movlw .4 call Num_Config Fin goto Principal ; Subrutina "Mensajes" ------------------------------------------------------------------ Mensajes addwf PCL,F Mensaje0 DT " " DT "CONFIGURANDO" DT " corroborar que" DT " no haya auto" DT " ", 0x00 Mensaje1 DT "PRESS CONFIG/OK", 0x00 Mensaje2 DT "Frec Inicial", 0x00 Mensaje3 DT "hz", 0x00 Mensaje4 DT "Configuración", 0x00 FinMensajes ;SUBRUTINAS ; Servicio a las INTERRUPCIONES ; Subrutina "Modo_Config" --------------------------------------------------------------- ; Descripción: Entra a la interrupción cuando se desea comprobar ; la frecuencia de trabajo, con la Inicial. CBLOCK FLAG0 ENDC Modo_Config call Retardo_20ms ; Debouncing.

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btfss SW2 ; ¿Está presionado el pulsador SW2? call Configura btfsc FLAG0,0 ; Comprueba que la interrupcion no ; haya sido para goto FinInterrupcion ; configurar, si es así, retorna. FinInterrupcion clrf FLAG0 bcf INTCON,INTF retfie ; Subrutina "Configura" -------------------------------------------------------------------- ; Configura EsperaDejePulsar btfss SW2 goto EsperaDejePulsar movlw Mensaje0 call LCD_MensajeMovimiento call LCD_Linea2 movlw Mensaje1 call LCD_Mensaje Espera1 btfsc SW2 goto Espera1 ; Aqui pregunto si desean ; establecer como nueva ; frecuencia inicial la real. ; Si así lo deseas dejar ; presionado el SW2. bsf FLAG0,0 return ; Subrutina "Visualiza_Inicio" ----------------------------------------------------------- ; Visualiza_Inicio call LCD_Borra movlw Mensaje2 call LCD_Mensaje

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movlw .5 ; Se sitúa en el centro de la ; segunda línea. call LCD_PosicionLinea2 movf Frec_Inicial,W ; Visualiza la frecuencia. call VisualizaNumero movlw Mensaje3 call LCD_Mensaje return ; Subrutina "Visualiza" ------------------------------------------------------------------ ; ; Cuando haya que visualizar en LCD ; Visualiza movlw .5 ; Se sitúa en el centro de la ; segunda línea. call LCD_PosicionLinea2 movf Frecuencia,W ; Visualiza la frecuencia. call VisualizaNumero movlw Mensaje3 call LCD_Mensaje return ; Subrutina "VisualizaNumero" ----------------------------------------------------------- ; ; Cuando haya que visualizar un número mayor de 99 las decenas siempre se visualizan aunque ; sean cero. Cuando sea menor de 99 las decenas no se visualizan si son cero. ; CBLOCK GuardaNumero ENDC VisualizaNumero Movwf GuardaNumero ; Reserva el número. call BIN_a_BCD ; Pasa el número a BCD.

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movf BCD_Centenas,W ; Primero las centenas. Btfss STATUS,Z ; Si son cero no visualiza las ; centenas. goto VisualizaCentenas movf GuardaNumero,W ; Vuelve a recuperar este valor. call BIN_a_BCD ; Lo pasa a BCD. call LCD_Byte ; Visualiza las decenas y ; unidades. goto FinVisualizaNumero VisualizaCentenas call LCD_Nibble ; Visualiza las centenas. movf GuardaNumero,W ; Vuelve a recuperar este valor. call BIN_a_BCD ; Lo pasa a BCD. call LCD_ByteCompleto ; Visualiza las decenas aunque ; sea cero. FinVisualizaNumero return ; Subrutina "Config" -------------------------------------------------------------------- ; CBLOCK Guarda_Config ENDC Num_Config movwf Guarda_Config call LCD_Borra movlw Mensaje4 call LCD_Mensaje movlw .14 call LCD_PosicionLinea1 movfw Guarda_Config call VisualizaNumero call Retardo_2s return ; CONTROL de LEDs

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ControlLEDs movfw Frec_Inicial ; Carga la frecuencia a ; comparar subwf Frecuencia,W ;(Frecuencia-Frec_Inicial-->W) movwf Diferencia ; Guardo el resultado de la ; substraccion. btfss STATUS,C ; ¿C=1? ¿(W) positivo? ; ¿Frecuencia>=Frec_Inicial? goto AutoAjuste ; No. C=0, por tanto ; (Frecuencia<Frec.Inicial) btfsc STATUS,Z ; ¿Z=0?, ¿Son distintos? goto FinControlLEDs ; No. Son iguales ya que Z=1 goto Detecta ; Si, por tanto ; (Frecuencia>Frec_Inicial) ; La frecuencia real es menor a la frecuencia Inicial. ; Se desajusto por cambios climaticos. AutoAjuste movfw Frecuencia ; Carga la frecuencia a ; comparar subwf Frec_Inicial,W ;(Frec_Inicial-Frecuencia-->W) movwf Diferencia ; Guardo el resultado de la ; substraccion. movlw Tolerancia ; Carga la tolerancia a ; comparar subwf Diferencia,W ; (Diferencia)-Tolerancia-->W btfss STATUS,C ; ¿C=1?. ¿(W) ; positivo?. ; ¿Diferencia>=Tolerancia? goto FinAutoAjuste ; No. C=0, por tanto ; (Diferencia<Tolerancia) btfsc STATUS,Z ; ¿Z=0?, ¿Son distintos? goto SinVehiculo ; No. Son iguales ya que Z=1 goto Ajusta ; Si, por tanto ; (Diferencia>Tolerancia) Ajusta movfw Frecuencia

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movwf Frec_Inicial goto FinControlLEDs FinAutoAjuste goto FinControlLEDs Detecta movlw .16 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C goto Siguiente1 call DeteccionExcelente goto FinControlLEDs Siguiente1 movlw .12 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C goto Siguiente2 call DeteccionBuena goto FinControlLEDs Siguiente2 movlw .6 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C goto Siguiente3 call DeteccionPasa goto FinControlLEDs Siguiente3 movlw .4 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C goto Siguiente4 call DeteccionBaja goto FinControlLEDs Siguiente4 movlw .2 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C

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goto Siguiente5 call Interferencia goto FinControlLEDs Siguiente5 movlw .0 subwf Diferencia,W btfss STATUS,C goto FinControlLEDs call DeteccionBaja goto FinControlLEDs SinVehiculo bsf LED1 bsf LED2 bsf LED3 bsf LED4 bsf LED5 goto FinControlLEDs Interferencia ; Cambir de sensibilidad. bcf EN_LED bcf LED1 bsf LED2 bsf LED3 bsf LED4 bsf LED5 goto FinControlLEDs DeteccionBaja ; Se recomienda ; cambiar de sensibilidad. bcf EN_LED bcf LED1 bcf LED2 bsf LED3 bsf LED4 bsf LED5

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goto FinControlLEDs DeteccionPasa ; Pasa. Pero regularmente es ; aqui una menor sensibilidad. bcf EN_LED bcf LED1 bcf LED2 bcf LED3 bsf LED4 bsf LED5 goto FinControlLEDs DeteccionBuena ; Buen deteccion. bcf EN_LED bcf LED1 bcf LED2 bcf LED3 bcf LED4 bcf LED5 goto FinControlLEDs DeteccionExcelente ; Excelente deteccion. Pero ; debe bajar bsf LED1 bsf LED2 bsf LED3 bsf LED4 bsf LED5 FinControlLEDs return ClearLEDs bcf EN_LED ; Activa buffer para LEDs, ; recibe datos del Puerto B.

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bsf LED1 ; Limpia la barra de LEDs, ; poniendo a 1 los bits ; correspondientes. bsf LED2 ; Ya que estan conectados en ; logica positiva. bsf LED3 bsf LED4 bsf LED5 ; Desactiva buffer para LEDs, ; poniendo en alta impedancia. bsf EN_LED ; Bus listo para desplegar mnsjs ; en LCD y NO Enviar a los ; LEDs. return LeeFrec clrf TMR0 ; Inicializa contador. Call Retardo_10ms ; Tiempo durante el cual ; contará los pulsos. movf TMR0,W ; Lee el Timer 0 o, lo que es lo ; mismo, el número movwf Frecuencia ; de pulsaciones por ms. return Frec_Down ; Debucing para la frecuencia. ; No sale de esta subrutina si no ; baja la frecuencia. call LeeFrec movfw Frec_Inicial ; Carga la frecuencia a ; comparar subwf Frecuencia,W ;(Frecuencia-Frec_Inicial-->W) movwf Diferencia ; Guardo el resultado de la ; substraccion. movlw Tolerancia ; Carga la tolerancia a ; comparar subwf Diferencia,W ; (Diferencia)-Tolerancia-->W btfss STATUS,C ; ¿C=1?. ¿(W) positivo?. ; ¿Diferencia>=Tolerancia?

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goto FrecOk ; No. C=0, por tanto ; (Diferencia<Tolerancia) btfsc STATUS,Z ; ¿Z=0?, ¿Son distintos? goto AutoAjuste ; No. Son iguales ya que Z=1, ; la frecuencia bajo al maximo ; de la tolerancia. goto Frec_Down ; Si, por tanto ; (Diferencia>Tolerancia) FrecOk return INCLUDE <C:\Oslo Zambrano Sánchez\Proyecto de titulacion\Circuito detector\LIBRERIAS\RETARDOS.INC> INCLUDE <C:\Oslo Zambrano Sánchez\Proyecto de titulacion\Circuito detector\LIBRERIAS\BIN_BCD.INC> INCLUDE <C:\Oslo Zambrano Sánchez\Proyecto de titulacion\Circuito detector\LIBRERIAS\LCD_4BIT.INC> INCLUDE <C:\Oslo Zambrano Sánchez\Proyecto de titulacion\Circuito detector\LIBRERIAS\LCD_MENS.INC> END Subrutina LCD_4BIT ;****************************Librería "LCD_4BIT.INC" ********************** ; ;================================================================ ; Del libro "MICROCONTROLADOR PIC16F84. DESARROLLO DE PROYECTOS" ; E. Palacios, F. Remiro y L. López. www.pic16f84a.com ; Editorial Ra-Ma. www.ra-ma.es ;================================================================ ; ; Estas subrutinas permiten realizar las tareas básicas de control de un módulo LCD de 2 ; líneas por 16 caracteres, compatible con el modelo LM016L. ; ; El visualizador LCD está conectado al Puerto B del PIC mediante un bus de 4 bits. Las ; conexiones son: ; - Las 4 líneas superiores del módulo LCD, pines <DB7:DB4> se conectan a las 4

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; líneas superiores del Puerto B del PIC, pines <RB7:RB4>. ; - Pin RS del LCD a la línea RA0 del PIC. ; - Pin R/W del LCD a la línea RA1 del PIC, o a masa. ; - Pin Enable del LCD a la línea RA2 del PIC. ; ; Se utilizan llamadas a subrutinas de retardo de tiempo localizadas en la librería ; RETARDOS.INC. ; ; ZONA DE DATOS ********************************************************************* CBLOCK LCD_Dato LCD_GuardaDato LCD_GuardaTRISB LCD_Auxiliar1 LCD_Auxiliar2 ENDC LCD_CaracteresPorLinea EQU .16 ; Número de caracteres por ; línea de la pantalla. #DEFINE LCD_PinRS PORTA,0 ; #DEFINE LCD_PinRW PORTA,1 #DEFINE LCD_PinEnable PORTA,2 #DEFINE LCD_BusDatos PORTB ; Subrutina "LCD_Inicializa" ------------------------------------------------------------ ; ; Inicialización del LCD: Configura funciones del LCD, produce reset por software, ; borra memoria y enciende pantalla. El fabricante especifica que para garantizar la ; configuración inicial hay que hacerla como sigue: ; LCD_Inicializa bsf STATUS,RP0 ; Configura las líneas ; conectadas al pines RS, bcf LCD_PinRS ; R/W y E.

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bcf LCD_PinEnable ; bcf LCD_PinRW Bcf STATUS,RP0 ; bcf LCD_PinRW ; En caso de que esté conectado ; le indica que se va a escribir ; en el LCD. bcf LCD_PinEnable ; Impide funcionamiento del ; LCD poniendo E=0. bcf LCD_PinRS ; Activa el Modo Comando ; poniendo RS=0. call Retardo_20ms movlw b'00110000' call LCD_EscribeLCD ; Escribe el dato en el LCD. call Retardo_5ms movlw b'00110000' call LCD_EscribeLCD call Retardo_200micros movlw b'00110000' call LCD_EscribeLCD call Retardo_20micros ; Este retardo es necesario para ; simular en PROTEUS. movlw b'00100000' ; Interface de 4 bits. call LCD_EscribeLCD call Retardo_20micros ; Este retardo es necesario para ; simular en PROTEUS. ; Ahora configura el resto de los parámetros: call LCD_2Lineas4Bits5x7 ; LCD de 2 líneas y caracteres ; de 5x7 puntos. call LCD_Borra ; Pantalla encendida y limpia. Cursor al principio call LCD_CursorOFF ; de la línea 1. Cursor apagado. call LCD_CursorIncr ; Cursor en modo incrementar. return ; Subrutina "LCD_EscribeLCD" -----------------------------------------------------------

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; ; Envía el dato del registro de trabajo W al bus de dato y produce un pequeño pulso en el ; pin Enable del LCD. Para no alterar el contenido de las líneas de la parte baja del Puerto B ; que no son utilizadas para el LCD (pines RB3:RB0), primero se lee estas líneas y después ; se vuelve a enviar este dato sin cambiarlo. LCD_EscribeLCD andlw b'11110000' ; Se queda con el nibble alto ; del dato que es el movwf LCD_Dato ; que hay que enviar y lo ; guarda. movf LCD_BusDatos,W ; Lee la información actual de ; la parte baja andlw b'00001111' ; del Puerto B, que no se debe ; alterar. iorwf LCD_Dato,F ; Enviará la parte alta del dato ; de entrada y en la parte baja lo ; que había antes. bsf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 1. movf TRISB,W ; Guarda la configuración que ; tenía antes TRISB. movwf LCD_GuardaTRISB movlw b'00001111' ; Las 4 líneas inferiores del ; Puerto B se dejan andwf PORTB,F ; como estaban y las 4 ; superiores como salida. bcf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 0. ; movf LCD_Dato,W ; Recupera el dato a enviar. movwf LCD_BusDatos ; Envía el dato al módulo LCD. bsf LCD_PinEnable ; Permite funcionamiento del ; LCD mediante un pequeño bcf LCD_PinEnable ; pulso y termina impidiendo el ; funcionamiento del LCD.

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bsf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 1. Restaura ; el antiguo valor en movf LCD_GuardaTRISB,W ; la configuración del Puerto ; B. movwf TRISB bcf STATUS,RP0 ; Acceso al Banco 0. return ; Subrutinas variadas para el control del módulo LCD ----------------------------------------- ; ;Los comandos que pueden ser ejecutados son: ; LCD_CursorIncr ; Cursor en modo incrementar. movlw b'00000110' goto LCD_EnviaComando LCD_Linea1 ; Cursor al principio de la Línea ; 1. movlw b'10000000' ; Dirección 00h de la DDRAM goto LCD_EnviaComando LCD_Linea2 ; Cursor al principio de la Línea ; 2. movlw b'11000000' ; Dirección 40h de la DDRAM goto LCD_EnviaComando LCD_Linea3 ; Cursor al principio de la Línea ; 3 movlw b'10010100' ; Dirección 14h de la DDRAM goto LCD_EnviaComando LCD_Linea4 ; Cursor al principio de la Línea ; 4 movlw b'11010100' ; Dirección 54h de la DDRAM goto LCD_EnviaComando LCD_PosicionLinea1 ; Cursor a posición de la Línea ; 1, a partir de la iorlw b'10000000' ; dirección 00h de la DDRAM ; más el valor del goto LCD_EnviaComando ; registro W.

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LCD_PosicionLinea2 ; Cursor a posición de la Línea ; 2, a partir de la iorlw b'11000000' ; dirección 40h de la DDRAM ; más el valor del goto LCD_EnviaComando ; registro W. LCD_OFF ; Pantalla apagada. movlw b'00001000' goto LCD_EnviaComando LCD_CursorON ; Pantalla encendida y cursor ; encendido. movlw b'00001110' goto LCD_EnviaComando LCD_CursorOFF ; Pantalla encendida y cursor ; apagado. movlw b'00001100' goto LCD_EnviaComando LCD_Borra ; Borra toda la pantalla, ; memoria DDRAM y pone el movlw b'00000001' ; cursor a principio de la línea ; 1. goto LCD_EnviaComando LCD_2Lineas4Bits5x7 ; Define la pantalla de 2 líneas, ; con caracteres movlw b'00101000' ; de 5x7 puntos y conexión al ; PIC mediante bus de ; goto LCD_EnviaComando ; 4 bits. ; Subrutinas "LCD_EnviaComando" y "LCD_Caracter" ------------------------------------ ; ; "LCD_EnviaComando". Escribe un comando en el registro del módulo LCD. La palabra ; de comando ha sido entregada a través del registro W. Trabaja en Modo Comando. ; "LCD_Caracter". Escribe en la memoria DDRAM del LCD el carácter ASCII introducido ; a través del registro W. Trabaja en Modo Dato. ; LCD_EnviaComando bcf LCD_PinRS ; Activa el Modo Comando, ; poniendo RS=0.

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goto LCD_Envia LCD_Caracter bsf LCD_PinRS ; Activa el "Modo Dato", ; poniendo RS=1. call LCD_CodigoCGROM ; Obtiene el código para ; correcta visualización. LCD_Envia movwf LCD_GuardaDato ; Guarda el dato a enviar. call LCD_EscribeLCD ; Primero envía el nibble alto. swapf LCD_GuardaDato,W ; Ahora envía el nibble bajo. ; para ello pasa el nibble bajo ; del dato a enviar a parte alta ; del byte. call LCD_EscribeLCD ; Se envía al visualizador LCD. btfss LCD_PinRS ; Debe garantizar una correcta ; escritura manteniendo call Retardo_2ms ; 2 ms en modo comando y 50 ; µs en modo cáracter. call Retardo_50micros return ; Subrutina "LCD_CodigoCGROM" ----------------------------------------------------------- ; ; A partir del carácter ASCII número 127 los códigos de los caracteres definidos en la ; tabla CGROM del LM016L no coinciden con los códigos ASCII. Así por ejemplo, el ; código ASCII de la "Ñ" en la tabla CGRAM del LM016L es EEh. ; ; Esta subrutina convierte los códigos ASCII de la "Ñ", "º" y otros, a códigos CGROM para ; que puedan ser visualizado en el módulo LM016L. ; ; Entrada: En (W) el código ASCII del carácter que se desea visualizar. ; Salida: En (W) el código definido en la tabla CGROM. LCD_CodigoCGROM movwf LCD_Dato ; Guarda el valor del carácter y ; comprueba si es LCD_EnheMinuscula ; un carácter especial.

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sublw 'ñ' ; ¿Es la "ñ"? btfss STATUS,Z goto LCD_EnheMayuscula ; No es "ñ". movlw b'11101110' ; Código CGROM de la "ñ". movwf LCD_Dato goto LCD_FinCGROM LCD_EnheMayuscula movf LCD_Dato,W ; Recupera el código ASCII de ; entrada. sublw 'Ñ' ; ¿Es la "Ñ"? btfss STATUS,Z goto LCD_Grado ; No es "Ñ". movlw b'11101110' ; Código CGROM de la "ñ". ; (No hay símbolo para movwf LCD_Dato ; la "Ñ" mayúscula en la ; CGROM). goto LCD_FinCGROM LCD_Grado movf LCD_Dato,W ; Recupera el código ASCII de ; entrada. sublw 'º' ; ¿Es el símbolo "º"? btfss STATUS,Z goto LCD_FinCGROM ; No es "º". movlw b'11011111' ; Código CGROM del símbolo ; "º". movwf LCD_Dato LCD_FinCGROM movf LCD_Dato,W ; En (W) el código buscado. return ; Subrutina "LCD_DosEspaciosBlancos" y "LCD_LineaBlanco" -------------------------------- ; ; Visualiza espacios en blanco. LCD_LineaEnBlanco movlw LCD_CaracteresPorLinea goto LCD_EnviaBlancos

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LCD_UnEspacioBlanco movlw .1 goto LCD_EnviaBlancos LCD_DosEspaciosBlancos movlw .2 goto LCD_EnviaBlancos LCD_TresEspaciosBlancos movlw .3 LCD_EnviaBlancos movwf LCD_Auxiliar1 ; (LCD_Auxiliar1) se utiliza ; como contador. LCD_EnviaOtroBlanco movlw ' ' ; Esto es un espacio en blanco. call LCD_Caracter ; Visualiza tanto espacios en ; blanco como se decfsz LCD_Auxiliar1,F ; haya cargado en ; (LCD_Auxiliar1). goto LCD_EnviaOtroBlanco return ; Subrutinas "LCD_ByteCompleto" y "LCD_Byte" -------------------------------------------- ; ; Subrutina "LCD_ByteCompleto", visualiza el byte que almacena el registro W en el ; lugar actual de la pantalla. Por ejemplo, si (W)=b'10101110' visualiza "AE". ; ; Subrutina "LCD_Byte" igual que la anterior, pero en caso de que el nibble alto sea cero ; visualiza en su lugar un espacio en blanco. Por ejemplo si (W)=b'10101110' visualiza "AE" ; y si (W)=b'00001110', visualiza " E" (un espacio blanco delante). ; ; Utilizan la subrutina "LCD_Nibble" que se analiza más adelante. ; LCD_Byte movwf LCD_Auxiliar2 ; Guarda el valor de entrada. andlw b'11110000' ; Analiza si el nibble alto es ; cero. btfss STATUS,Z ; Si es cero lo apaga.

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goto LCD_VisualizaAlto ; No es cero y lo visualiza. movlw ' ' ; Visualiza un espacio en ; blanco. call LCD_Caracter goto LCD_VisualizaBajo LCD_ByteCompleto movwf LCD_Auxiliar2 ; Guarda el valor de entrada. LCD_VisualizaAlto swapf LCD_Auxiliar2,W ; Pone el nibble alto en la parte ; baja. call LCD_Nibble ; Lo visualiza. LCD_VisualizaBajo movf LCD_Auxiliar2,W ; Repite el proceso con el ; nibble bajo. ; call LCD_Nibble ; Lo visualiza. ; return ; Subrutina "LCD_Nibble" ---------------------------------------------------------------- ; ; Visualiza en el lugar actual de la pantalla, el valor hexadecimal que almacena en el nibble ; bajo del registro W. El nibble alto de W no es tenido en cuenta. Ejemplos: ; - Si (W)=b'01010110', se visualizará "6". ; - Si (W)=b'10101110', se visualizará "E". ; LCD_Nibble andlw b'00001111' ; Se queda con la parte baja. movwf LCD_Auxiliar1 ; Lo guarda. sublw 0x09 ; Comprueba si hay que ; representarlo con letra. btfss STATUS,C goto LCD_EnviaByteLetra movf LCD_Auxiliar1,W addlw '0' ; El número se pasa a carácter ; ASCII sumándole goto LCD_FinVisualizaDigito ; el ASCII del cero y lo ; visualiza.

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LCD_EnviaByteLetra movf LCD_Auxiliar1,W addlw 'A'-0x0A ; Sí, por tanto, se le suma el ; ASCII de la 'A'. LCD_FinVisualizaDigito goto LCD_Caracter ; Y visualiza el carácter. Se ; hace con un "goto" para no ; sobrecargar la pila.

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APENDICE D

DISEÑO DE PCB

A continuación se muestran los diferentes layouts obtenidos del diseño del circuito detector de bucle inductivo e interpretador de frecuencia. Los cuáles sirvieron para determinar las diferentes medidas de las brocas a utilizar para cada pad del componente, así cómo para construir físicamente la tablilla y darse una idea dimensional de los obtenidos. Layout de bottom copper y boarder edge con mirror, éste fue el layout utilizado para la construcción de la tablilla:

Diferentes layout generados para el diseño e interpretar el acomodo de los componentes:

sistema digital detector de vehiculos para el ingreso a un estacionamiento

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