sistema mecatrÓnico para ensamble de...

INSTITUTO POLITECNICO NACIONALESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA

MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD CULHUACAN

INGENIERÍA EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

SISTEMA MECATRÓNICO PARA ENSAMBLE DEPIEZAS

T E S I S

Para obtener el Título de

Ingeniero en Comunicaciones y Electrónica

Presenta:

Pérez Cadena Vicente Francisco

Asesores:

M. en C. José Guadalupe Torres Morales.

M. en E. Vicente Pérez.

México D. F., 2008

____________________________________________________________________ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

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SUMMARY

A problem in the educational institutions of technological teaching is the faultyequipment in the laboratories dedicated to the execution of practical andprojects. Generally this is reflected in a faulty theoretical-practical preparation ofthe students.

A possible solution of the problem mentioned could be the equipment with ownresources of the technical schools.

Particularly in the CNAD a prototype was created as a solution to the equipmentlack of a Laboratory dedicated to the execution of practical of Robotics insidethe subject of “Mechatronics Systems" that is imparted inside the specialization.

This document is about the design and the construction of a prototypedenominated "Sistema Mecatrónico para Ensamble de Piezas" with thecharacteristics of a mechatronics system, presented as a possible solution to thelack of equipment in a Robotics laboratory dedicated to execution of practices,related to Mechatronics topics, especially of Robotics topics. This laboratorybelongs to the “Centro Nacional de Actualizacion Docente” and it is located inthe Control area.

Mechanically the prototype is of solid construction, thought for the Software(programming) and Hardware (Interfaces and control circuits) practices, relatedto mechatronics topics that seek to supplement and interact with someequipments that already exist in the laboratory, specifically with a Cell of FlexibleFactory . This cell is constituted by four work stations, each one of themintegrated with a Mitsubishi RV-M1 articulated arm robot with 5 degrees offreedom, besides four belt conveyors and control systems (PC's and PLC's), towhich is sought to supplement with this prototype.

In the programming Software, some control examples have been implementedin Visual Basic to illustrate the accessible and friendly that it can be for the userand that they also serve as introduction and it shows that more programs can bedeveloped according to the user’s requirements.

Among the intelligent system (represented by a PC and a PLC), and thedifferent elements of the system, three different types of communicationinterfaces (sensors, actuators, mechanisms and complementary elements) havebeen designed and built. The most important are the parallel communication, theseries communication and the USB communication between the PC and thesystem, those that have been implemented in the prototype.


IV

INDICE

INTRODUCCIÓN ................................................................................................ 2

CAPITULO 1 ANTECEDENTES...................................................................... 4

1.1. Estado del arte. ........................................................................................ 41.1. 1 Aspectos Generales de la Mecatrónica.................................................... 41.1. 2 La Mecatrónica como necesidad de capacitación.................................... 6

1.2. Elementos de diseño................................................................................ 91.2. 1 Interfaces de comunicación...................................................................... 91.2. 2 Protocolos de comunicación. ................................................................. 101.2. 3 El microcontrolador ................................................................................ 151.2. 4 Adquisición de datos mediante sensores............................................... 191.2. 5 Empleo de actuadores. .......................................................................... 21

CAPITULO 2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. ................................... 28

2. 1 Objetivo general. ....................................................................................... 28

2. 2 Justificación............................................................................................... 28

2. 3 Análisis de la necesidad............................................................................ 30

2. 4 Determinación de los requerimientos....................................................... 32

2. 5 Metas de diseño........................................................................................ 34

CAPITULO 3 MARCO TEÓRICO .................................................................. 37

3. 1 Antecedentes de la investigación. .......................................................... 373.2 Especificación de requisitos. ..................................................................... 423.2 1 Establecer las interfaces del sistema. ..................................................... 433.2 2 Desarrollo del hardware y selección del software. .................................. 433.2 3 Prueba y ensamble de los bloques de integración.................................. 443.2 4 Diseño y fabricación del PCB.................................................................. 453.2 5 Puesta en marcha. .................................................................................. 47

3. 2 6 Metodología. ........................................................................................... 48


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CAPITULO 4 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL................. 49

4.1 Generalidades........................................................................................ 49

4.2 Interfaz de comunicación del puerto paralelo......................................... 52

4.3 Interfaz de comunicación del puerto Serie ............................................. 58

4.4 Interfaz de comunicación del puerto USB .............................................. 62

4.5 Interfaz de comunicación Inalámbrica. ................................................... 65

CAPITULO 5 EVALUACIÓN DE LAS ETAPAS DE CONTROL.................... 67

5.1 Comunicación y control por el puerto paralelo ....................................... 67

5.2 Comunicación y control por el puerto serie ............................................ 83

5.3 Comunicación y control por el puerto USB............................................. 90

5.4 Comunicación y control Inalámbrico....................................................... 94

RESULTADOS Y CONCLUSIONES. .............................................................. 99

Ø RESULTADOS .......................................................................................... 99

Ø CONCLUSIONES .................................................................................... 105

BIBLIOGRAFÍA .............................................................................................. 106

ANEXOS INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA ......................................... 107

ANEXO 1.1 Puerto paralelo. ......................................................................... 107ANEXO 1.2 Etapa selectora.......................................................................... 117ANEXO 1.3 Puerto serie ............................................................................... 119

ANEXO 1.4 Puerto USB................................................................................ 128

ANEXO 1.5 Control Inalámbrico..................................................................... 147ANEXO 1.6 Etapa de actuadores................................................................... 159ANEXO 1.7 Etapa de sensores...................................................................... 164ANEXO 1.8 Etapa de potencia....................................................................... 166ANEXO 1.9 Hoja de datos TLP5214. ............................................................. 168ANEXO 2.0 Hoja de datos TIP120-122.......................................................... 169ANEXO 2.1 Hoja de datos PIC 16F876 Y 16F877. ........................................ 170


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ANEXO 2.2 Hoja de datos PIC 16F628. ........................................................ 172ANEXO 2.3 Hoja de datos PIC 18F4550. ...................................................... 173ANEXO 2.4 Hoja de datos SN74HC541. ....................................................... 174ANEXO 2.5 Hoja de datos LM18200.............................................................. 175ANEXO 2.6 Hoja de datos MAX232............................................................... 176ANEXO 2.7 Hoja de datos Transmisor TWS-BS-6......................................... 177ANEXO 2.8 Hoja de datos Receptor RWS-374-3 .......................................... 178


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INDICE DE ILUSTRACIONES.

Figura 1.1 Ingenierías integrantes de la Mecatrónica ......................................... 6Figura 1.2 Componentes básicos del microcontrolador. .................................. 16Figura 1.3 Empleo de los Microcontroladores por sectores. ............................ 19Figura 1.4 Algunos sensores detectores de objetos. ....................................... 20Figura 1.5 Actuadores neumáticos................................................................... 23Figura 1.6 Actuadores Hidráulicos. .................................................................. 24Figura 1.7 Actuadores eléctricos...................................................................... 25

Figura 2. 1 Celda de Manufactura Flexible. ..................................................... 29Figura 2. 2 Estaciones de trabajo..................................................................... 30Figura 2. 3 Perfiles y bandas empleados en las bandas.................................. 33Figura 2. 4 Bosquejo de la banda 1. ................................................................ 33Figura 2. 5 Bosquejo de la banda 2. ................................................................ 33Figura 2. 6 Bosquejo de la posición del prototipo............................................. 34

Figura 3. 1 Prototipo de un robot SCARA de 3 grados de libertas. .................. 41Figura 3. 2 Pruebas del hardware. ................................................................... 44Figura 3. 3 a Diseño y fabricación de los PCB................................................. 45Figura 3. 4 b Diseño y fabricación de los PCB................................................. 46Figura 3. 5 Puesta en marcha. ......................................................................... 47

Figura 4. 1 Esquema general de un sistema de control. .................................. 49Figura 4. 2 La PC como procesador de datos del proceso. ............................. 50Figura 4. 3 La PC como tratamiento de información del proceso..................... 51Figura 4. 4 La PC como control del proceso. ................................................... 51Figura 4. 5 Partes integrantes de un sistema de control. ................................. 52Figura 4. 6 Esquema de una comunicación de bits serie-paralelo-serie .......... 53Figura 4. 7 Conector centronics tipo DB-25 hembra y macho.......................... 54Figura 4. 8 Diagrama a Bloques del sistema de control................................... 55Figura 4. 9 Pantallas de diseño de circuitos con Protel.................................... 56Figura 4. 10 Esquema a bloques del Sistema de Comunicación Paralelo ....... 57Figura 4. 11 Grafico de la transmisión de un dato en serie.............................. 59Figura 4. 12 Comunicación serie a tres hilos Full Dúplex. ............................... 60Figura 4. 13 Puerto serie RS-232 en PC (versión de 9 alfileres DB-9) ............ 60Figura 4. 14 Sistema de comunicación serie.................................................... 61Figura 4. 15 Diseño del sistema de comunicación por USB............................. 63Figura 4. 16 Esquema del sistema de control inalámbrico............................... 66

Figura 5. 1 Conectores DB-25 usados en el puerto paralelo. .......................... 67Figura 5. 2 Imagen de un conector hembra DB-25. ......................................... 68Figura 5. 3 Esquema de la comunicación paralelo........................................... 69Figura 5. 4 Interfaz de actuadores puerto paralelo........................................... 70Figura 5. 5 Interfaz de sensores puerto paralelo.............................................. 71


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Figura 5. 6 Interfaz para el puerto paralelo simplificada................................... 71Figura 5. 7 Monitoreo de señales de actuadores. ............................................ 72Figura 5. 8 Circuito simplificado de la etapa de monitoreo............................... 74Figura 5. 9 Pantalla de monitoreo y control del puerto paralelo. ...................... 75Figura 5. 10 Circuito de la etapa de selección. ................................................ 76Figura 5. 11 Etapa de sensores. ...................................................................... 76Figura 5. 12 Circuito acondicionador de señal de sensores............................. 77Figura 5. 13 Etapa de potencia para motores de c.d. ...................................... 78Figura 5. 14 Motor impulsor de las bandas. ..................................................... 79Figura 5. 15 Puente H (LMD18200). ................................................................ 79Figura 5. 16 Partes componentes del motor de c.d.......................................... 80Figura 5. 17 Diagrama de conexiones del puente LMD18200........................... 80Figura 5. 18 Aspecto físico de los Servomotores. ............................................ 81Figura 5. 19 Partes componentes de un servomotor. ...................................... 81Figura 5. 20 Tren de pulsos para control del servomotor. ................................ 82Figura 5. 21 Ancho de pulsos y posición del servomotor. ................................ 82Figura 5. 22 Diagrama esquemático de la etapa de actuadores...................... 83Figura 5. 23 Transmisión serie síncrona. ......................................................... 84Figura 5. 24 Bosquejo del sistema de comunicación por el puerto serie. ........ 85Figura 5. 25 Estructura interna del MAX232. ................................................... 86Figura 5. 26 Circuito básico de comunicación mediante el MAX232................ 87Figura 5. 27 Pantalla de control para la comunicación serie............................ 87Figura 5. 28 Conexiones de la etapa de buffers serie...................................... 89Figura 5. 29 Bosquejo del sistema de comunicación por el puerto USB.......... 92Figura 5. 30 Diagrama de conexiones de la Interfaz USB. .............................. 93Figura 5. 31 Pantalla de control para la comunicación USB. ........................... 94Figura 5. 32 Esquema general del sistema de control inalámbrico. ................. 95Figura 5. 33 Circuito electrónico del transmisor. .............................................. 96Figura 5. 34 Circuito electrónico del receptor................................................... 97Figura 5. 35. Motores de engranes planetarios............................................... 100Figura 5. 36 Sensor de tipo inductivo............................................................. 101Figura 5. 37 Sensor de tipo reflectivo............................................................. 101Figura 5. 38 Actuador trabajando................................................................... 102Figura 5. 39 Pieza ensamblada al final del proceso....................................... 103Figura 5. 40 Prototipo finalizado por la parte mecánica ................................. 103Figura 5. 41 Tarjetearía electrónica funcionando........................................... 104Figura 5. 42 Prototipo terminado.................................................................... 104


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INDICE DE ABREVIATURAS

ARQ Automatic Repeat-reQuestCAD Diseño Asistido por ComputadoraCAE Enseñanza Asistida por ComputadoraCAM Manufactura Asistida por ComputadoraCETIS Centro de Estudios Tecnológicos Industrial y de ServiciosCBTIS Centro de Bachillerato Tecnológico Industrial y de ServiciosCCS Custom Computer ServicesCMF Celda de Manufactura FlexibleCMS Celda de Máquina SencillaCNAD Centro Nacional de Actualización DocenteCNC Control Numérico ComputarizadoDGETI Dirección General de Educación Tecnológica IndustrialFPGA Field Program Gate ArrayIEEE Institute of Electrical and Electronics EngineersLC Link ControllerMPE-FEC Multiprotocol Encapsulation – Forward Error CorrectionOTP One-time passwordPC Computadora PersonalPCB Diseños electrónicos para circuitos impresosPIC Controlador de Interfaz Periférico (microcontrolador)PLC Controlador Lógico ProgramableROM Read Only MemorySCSI Small Computer System InterfaceSMF Sistema de Manufactura FlexibleTCP Transmission Control ProtocolUSB Bus Serie Universal (Universal Serie Bus)


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INDICE DE TABLAS

Tabla 1. Prototipos anteriores..........................................................................38Tabla 2. Configuración para el control de los motores….………………………73

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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

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RESUMEN

Una problemática casi generalizada que se presenta en la mayoría de lasinstituciones educativas del país que se dedican a la enseñanza tecnológica, es eldeficiente equipamiento en talleres y laboratorios destinados a la realización deprácticas y proyectos. En la mayoría de los casos, esto se refleja en una deficientepreparación teórico-práctica de los educandos.

Particularmente en el caso del CNAD, se planteó la posibilidad de crear unprototipo que coadyuvara en parte, con el equipamiento de un Laboratoriodestinado a la realización de prácticas de Robótica dentro de la asignatura de“Sistemas Mecatrónicos” que se imparte dentro de la especialización.

El presente documento hace referencia al diseño y construcción del prototipopropuesto, llamado “Sistema Mecatrónico para el ensamble de piezas”, con lascaracterísticas necesarias para ser nominado como tal por las partes principalesque lo integran, entre las que destacan: una etapa dedicada al sistema mecánico,que se encarga del ensamble de pequeñas piezas cilíndricas, otra etapa referidaal sistema de control automático a base de sensores y actuadores que gobiernanel resto del sistema, una sección electrónica que se encarga delacondicionamiento de señales y la comunicación mediante circuitos electrónicos abase de microcontroladores e interfases y finalmente la etapa de computación,donde se introducen los programas necesarios para coordinar las acciones entretodos los subsistemas que integran a dicho prototipo.

Mecánicamente el prototipo resultante es de construcción robusta y apropiado,para ser utilizado como un equipo independiente o puede trabajarseconjuntamente con otros equipos ya existentes en el laboratorio para la realizaciónde prácticas.

Por parte de la sección de programación, se diseñaron algunas interfases gráficasconjuntamente con algunos programas de control en ambiente Visual Basicconsiderados como tipo muestra para cada una de las aplicaciones, con laintención de hacerlos mas comprensibles y amigables para el usuario.

Por lo que concierne a la parte electrónica, se diseñaron y construyeron tresdiferentes formas de comunicar el sistema inteligente (representado por laComputadora Personal) con el resto del sistema, mediante el puerto paralelo, elpuerto serie y el puerto USB. También se diseñó y construyó un sistema decomunicación inalámbrica operado desde un teclado independiente para el controlexclusivo de los actuadores

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INTRODUCCIÓN

El constante avance tecnológico en todas las áreas de nuestra vida diaria hacenecesaria la actualización de los conocimientos en forma continua y permanente,con la finalidad de mantener vigentes y competitivos a los diversos especialistasen sus respectivas disciplinas.

La adquisición de nuevos conocimientos y experiencias en las tecnologíasactuales requiere de una preparación teórico-práctica adecuada, que implica en lamayoría de los casos, trabajar con equipos modernos que difícilmente seencuentran en las instituciones educativas dedicadas a la enseñanza tecnológica.

Una alternativa que puede coadyuvar a la solución de esos casos, es elautoequipamiento de los propios planteles educativos dedicados a este tipo deenseñanza.

Lo anteriormente expuesto fue la razón fundamental de la propuesta presentadaen uno de los planteles educativos llamado Centro Nacional de ActualizaciónDocente (CNAD) perteneciente a la Dirección General de Escuelas TécnicasIndustriales (DGETI), dedicados a la enseñanza de la Mecatrónica, donde sediseño y construyo un prototipo llamado “Sistema Mecatrónico para ensamble depiezas” que incluyera el uso de algunas tecnologías actuales necesarias para laenseñanza de la Mecatrónica. El prototipo se diseñó bajo los requerimientos que acontinuación se mencionan:

a) El uso de los microcontroladores, pretendiendo con esto reducir al máximoel volumen de la circuitería y dotar de cierto grado de inteligencia a algunasde las etapas, para lograr un control y una comunicación más eficiente.

b) Que cuente con un modo de monitoreo gráfico y de sencilla operacióndesde una PC, bajo un ambiente amigable para el usuario a base depantallas previamente diseñadas en Visual Basic.

c) Que Incluya como mínimo tres formas de comunicación desde la PC haciael resto del sistema (Paralelo, serie y USB) que pudieran ser seleccionadasdesde un interruptor de dos polos cinco tiros operado en formaindependiente.

d) Finalmente, que contenga varios tipos de sensores y actuadores, con lafinalidad de garantizar la seguridad y la buena operación del sistema en sutotalidad.

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Los requerimientos anteriormente propuestos, se basaron en temas que secontemplan en la capacitación normal de la mecatrónica, y que podrán seranalizados y practicados con el apoyo del prototipo.

Aquí se aborda cada una de las correspondientes etapas de diseño del sistema decontrol y las experiencias obtenidas durante la construcción total del prototipo,

El capítulo 1, inicia con un panorama general del estado del arte de la mecatrónicaen la industria y su influencia en la educación tecnológica, haciendo hincapié en laproblemática general que existe en los planteles dedicados a la enseñanza de lamecatrónica, citando el caso particular del CNAD como institución educativadedicada a la especialización de docentes del subsistema DGETI, en esta nuevadisciplina.

También se incluye en este capítulo, el estado del arte de algunos elementos dediseño que deben considerarse en la concepción de un prototipo mecatrónico.

En el capítulo 2, se aborda el planteamiento del problema, donde se expone elobjetivo general del proyecto y se presenta un detallado análisis de lasnecesidades que conducen a la determinación de requerimientos que finalmentedan pauta a la obtención de las metas de diseño del prototipo que se proponecomo una alternativa de solución para coadyuvar a la implementación de equiposdidácticos.

En el capítulo 3, se citan dentro del marco teórico, los antecedentes de prototiposmecatrónicos realizados anteriormente (desde agosto de 1996 hasta julio del2007), en el CNAD y que fueron la base de elección para la metodología que seempleó en el desarrollo del prototipo Actual.

En general, el diseño de cada uno de los circuitos de control se aborda en elcapítulo 4, particularizando en la forma en que se diseñó cada una de lasinterfases que hacen posible la comunicación de los puertos de la computadorapersonal (paralelo, serie y USB) con el resto del sistema.

Finalmente en el capítulo 5, se describe cada uno de los cuatro circuitos quecontrolan los diferentes tipos de comunicación paralelo, serie, USB e inalámbrico,empleados en el prototipo entre la PC, la consola de control de actuadores y elresto del equipo.

En las conclusiones se mencionan los aspectos más relevantes experimentadosdurante el desarrollo del prototipo y se hace una reflexión sobre las aportaciones yventajas que se pueden obtener con el nuevo equipo.

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CAPITULO 1 ANTECEDENTES.

ANTECEDENTES

1.1. Estado del arte.

Hace tiempo, cuando aún no se contaba con las diferentes tecnologías de lacomunicación y la supercarretera de la información representada por Internet,no se tenía fácil acceso a los conocimientos y a la investigación sobre losavances tecnológicos y científicos, resultaba casi imposible estar actualizado yla gran mayoría de las personas solo consultando en revistas, reportajes ypelículas podían enterarse del aspecto físico que tenía un brazo mecánico, oquizás conocer la función de un chip dentro de una máquina.

Actualmente eso dejó de ser ciencia ficción, ya existe información en los mediosmasivos de difusión y mediante el uso de las nuevas tecnologías de lainformación y la comunicación se puede tener acceso a algunos centros deinvestigación en forma virtual en cualquier parte del mundo, también se puedenconsultar grandes volúmenes de información disponibles en la red de Internet,para mantenerse enterados de los recientes avances tecnológicos en cualquierárea.

1.1. 1 Aspectos Generales de la Mecatrónica.

Actualmente el paradigma de la ingeniería moderna es la actividadmultidisciplinaría y las características más notables de esta especialidad son lasmodernas tecnologías y los altos niveles de automatización y flexibilidad.

Las nuevas tendencias tecnológicas impulsaron al desarrollo de redes de datospara construir sistemas de manufactura descentralizados, además de sistemasinteligentes, orientados a sistemas electromecánicos para el diseño y lamanufactura.

El diseño de cualquier sistema de producción, proceso tecnológico, mecanismoo dispositivo, será tan exitoso como lo sea la interacción entre los especialistasen las diversas disciplinas que intervienen en la concepción del producto final.

La “mecatrónica” (acrónimo de mecánica y electrónica) es la combinaciónsinergética de las ingenierías mecánica, electrónica, informática y eléctrica (decontrol). Ésta última con frecuencia se omite pues es considerada dentro de

CAPITULO 1 ANTECEDENTES_______________________________________________________________________

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alguna de las dos anteriores, sin embargo es importante destacarla por elimportante papel que el control juega en la mecatrónica. La sinergía consiste enque la integración de las partes sea superior a la simple unión de éstas.

La mecatrónica está centrada en mecanismos, componentes electrónicos ymódulos de computación los cuales combinados hacen posible la generación desistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables y simples.

Esta disciplina tecnológica es cada vez más frecuente en el diseño, fabricacióny mantenimiento de innumerable variedad de productos y procesos de laingeniería.

Entre los aspectos más relevantes de la mecatrónica podemos mencionar a lossensores y transductores de todo tipo, el acondicionamiento de señales, lossistemas de presentación de datos, los sistemas neumáticos e hidráulico, loscomponentes de actuación mecánica y accionamiento eléctrico, los modelos desistemas básicos, las respuestas dinámicas de sistemas, los controladores delazo cerrado, la lógica digital, la tecnología de desarrollo de microprocesadores,el lenguaje ensamblador, los controladores de lógica programable, entremuchos campos más.

Básicamente la mecatrónica está centrada en mecanismos, componenteselectrónicos y módulos de computación, los cuales combinados hacen posiblela generación de sistemas más flexibles, versátiles, económicos, fiables ysimples.

Mecatrónica es un término que fue utilizado inicialmente por la firma japonesaYaskawa Electric Company por los años 60, conjuntando diferentes disciplinasde ingeniería. Surge de la necesidad que tenía la industria en esos tiempos dedisponer de ingenieros con conocimientos multidisciplinarios, resultando lainteracción de diferentes ramas tecnológicas, surgiendo una nueva área deaplicación.

Los productos mecatrónicos desarrollados en los años 70’s fueronesencialmente mecánicos con una pequeña parte de electrónica o eléctricaintegrada, con esta idea, se integraron productos tales como puertasautomáticas, cámaras fotográficas y controles automáticos de vehículos.

En los años 80’s, con la introducción de la informática, se desarrollaron losmicrocontroladores, los cuales tienen una aplicación directa en máquinas decontrol numérico y robots industriales.

La mecatrónica es considerada actualmente como una disciplina que formaparte de la ingeniería y combina cuatro áreas tecnológicas: la mecánica, laeléctrica, la electrónica y la informática (ver figura 1.1), resultando de esta


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combinación tecnológica, sistemas de manufactura más flexibles y precisos, loscuales son requeridos actualmente por la industria debido a las exigenciascompetitivas de mayor calidad y mejor precio de los productos.

Figura 1.1 Ingenierías integrantes de la Mecatrónica

De la figura anterior, se observa que de la intersección entre la mecánica y laeléctrica se origina la electromecánica; la eléctrica y la electrónica dan comoresultado el control electrónico; la confluencia entre la electrónica y lainformática pro-concurrencia de la electromecánica, el control electrónico, elcontrol digital y los sistemas CAD/CAM/CAE integran la mecatrónica.

Un robot industrial es un ejemplo de un sistema mecatrónico, puesto que seencuentra integrado por partes que tienen su origen en diferentes áreastecnológicas.

Aunque la robótica es parte de la mecatrónica, el propósito de esta nuevaingeniería no es sólo hacer robots, sino la fabricación de lo que los expertosdenominan "productos inteligentes", es decir, sistemas que son capaces deprocesar información para su funcionamiento, gracias a la instalación dedispositivos especiales como los sensores electrónicos y los actuadores.

1.1. 2 La Mecatrónica como necesidad de capacitación.

La enseñanza de la ciencia y las nuevas tecnologías es la mejor inversión quese puede hacer, dado que con ello se pueden solucionar en gran parte, lasrecientes necesidades que las sociedades actuales poseen y se abren laspuertas de un mejor futuro para el país que las fortalece, las impulsa y lasapoya.


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El impacto que ha creado el avance tecnológico en todos los ámbitos,combinado con la globalización y la alta competitividad a nivel mundial, haoriginado una creciente demanda de especialistas en las industrias y en lasinstituciones de investigación. En consecuencia surge la necesidad de prepararrecursos humanos capacitados para incorporarlos a los acelerados progresos yvertiginosos cambios de la tecnología.

Resultaría imposible que una sola persona profesional en una rama de laingeniería tradicional pudiera resolver los múltiples y diferentes problemas quela industria afronta, sin embargo la mecatrónica representa la potencial solucióna la necesidad de profesionistas multidisciplinarios.

La ingeniería mecánica y la electrónica tendrán entonces que reformularse,pues es evidente que sentirán el impacto de la mecatrónica. Se requierenindividuos con amplias habilidades en ingeniería, y equipos bien integrados,cuyos miembros traigan una apreciación general de la amplitud del campotecnológico, tanto como de su propio campo de especialización. Al cabo éstasno son las clases de ingenieros que nuestra tradicional educación en ingeniería(disciplinas separadas) ha estado produciendo.

Una gran cantidad de productos de uso cotidiano, se están convirtiendo ensistemas mecatrónicos, despertando un enorme interés en cómo se puededesarrollar el currículo para formar profesionales en el área de la Mecatrónica,resultando diferentes estilos de acuerdo a cada país.

La educación en nuestro país, también debe estar abierta al cambio y tratar deasumir todos los elementos novedosos que tienen significado de progreso en elproceso educativo.

Es indispensable concebir la educación tecnológica como parte fundamental delas demás organizaciones de la sociedad. La preparación y formaciónprofesional entre el sector productivo, se consolida progresivamente como unanecesidad vital para el desarrollo estratégico de la capacidad productiva delpaís, así como para la renovación de la infraestructura de recursos humanoscon altas habilidades en las área relacionadas a la mecatrónica, mano de obracalificada y altamente tecnificada, capacidades indispensables para asegurar unbuen mercado, el cual representa la base para intervenir en una sociedad cadavez más global y con una economía exigente y competitiva.

Aunque en la última década comenzaron a surgir carreras a diferentes nivelescon el nombre de mecatrónica, en países como Inglaterra y Finlandia, dondeesta especialidad de la ingeniería está muy avanzada, en la actualidad tambiénexisten programas semejantes en Estados Unidos, Japón y algunas nacionesde Europa y América Latina. Curiosamente, aunque Japón es el que tiene los


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mayores y mejores laboratorios de mecatrónica en el mundo, no es el que másprogramas educativos en esta disciplina ofrece.

Brasil fue uno de los primeros países de América Latina donde se inició lacapacitación en la mecatrónica (Universidad de Sao Paulo). Algunas facultadesde mecánica y electrónica en México, Estados Unidos, Colombia y Argentina,ofrecen actualmente carreras y especialidades en este nuevo campo.Actualmente se están avocando varias instituciones educativas de diferentesniveles en el mundo entero, a la preparación de especialistas y profesionales enel campo de la mecatrónica. En los países desarrollados, la especialidad sedicta en casi todos los niveles educativos, pero en el caso de los países en víasde desarrollo, dos países: México y Brasil, impulsan la corriente de laespecialidad de mecatrónica. Ambos han recibido el aporte y la influencia deAlemania y Japón.

En lo referente a la formación y capacitación profesional (que es el caso quenos interesa), el CNAD es una institución educativa en México que se encargade formar profesores de planteles del nivel medio superior dependientes deDGETI como “especialistas en ingeniería mecatrónica”, quienes a su vezcapacitarán a los recursos humanos en sus respectivas escuelas, para tratar decubrir las necesidades crecientes que demanda la industria del país.

En términos generales, se pretende que los alumnos dentro de su formación(futuros egresados), sean capaces de analizar y entender el funcionamiento delos componentes que conforman un sistema mecatrónico, que conozcan laestructura interna de un microcontrolador típico, y que logren tener la habilidadde programar distintas tareas mediante sus periféricos e interfases de salidapara la realización de un movimiento con actuadores electromecánicos o elcontrol de procesos.

En lo general, un especialista en mecatrónica debe estar preparado paradiseñar y desarrollar máquinas, equipos, procesos o productos de consumo dealta tecnología; seleccionar y poner en funcionamiento equipos y solucionestecnológicas a gran escala, de bajo costo y en relación con la ecología, ydesarrollar y utilizar programas de computadora para aplicaciones enautomatización de equipos, máquinas y procesos industriales.

El concepto actual de mecatrónica representa un paso más en la evolución del“saber-hacer” tecnológico, lo cual trae como consecuencia que cambien lasformas de trabajo, de investigar, de desarrollar, de operar y de darmantenimiento.

Las sociedades actuales demandan instituciones educativas que se encarguende capacitar y formar especialistas modernos y multidisciplinarios que puedansolucionar las actuales necesidades resultado de las tecnologías nuevas.


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1.2. Elementos de diseño

Generalmente la información en un producto mecatrónico, llega a un conjuntode sensores electrónicos instalados en los aparatos, que van posteriormente aun sistema especial que la procesa y manda las órdenes a través de lo que seconoce como un actuador, que en muchas máquinas es un motor.

En el proceso de diseño para un producto o sistema que contenga uncontrolador electrónico, todos los componentes mecánicos se diseñan en formaseparada del controlador electrónico y posteriormente se unen para trabajarconjuntamente y paralelamente a ellos se diseñan los programas de control.

El diseño de un sistema mecatrónico depende de muchos factores y realmenteno puede seguirse un procedimiento específico ya que cada caso es una nuevaexperiencia, sin embargo, se deben considerar algunos elementos básicos parael diseño como los que a continuación se describen.

1.2. 1 Interfaces de comunicación.

Un elemento fundamental a considerar en el diseño de cualquier equipomecatrónico, es la interfase de comunicación entre los diversos componentes yla parte inteligente que gobernará el sistema, que para el caso particular delprototipo elegido es la Computadora personal.

Todas las computadoras poseen algunos dispositivos importantes para lograrcomunicarse con el mundo exterior, conocidos como puertos de comunicación osubsistemas de entrada/salida, los cuales están formados por variosdispositivos periféricos que proporcionan un medio para intercambiar datos conel exterior, además de poder comunicarse con el procesador mediante unaserie de módulos de entrada/salida que contienen una serie de controladoresencargados de manejar el funcionamiento de uno o varios periféricos.

Los módulos de entrada/salida, no conectan directamente el periférico con elbus del sistema, sino que utilizan cierta inteligencia para poder realizar lacomunicación entre el periférico y el procesador de forma eficiente.

Existe una gran diversidad de periféricos que utilizan métodos de operacióndiferentes, por lo que resultaría ilógico que la CPU tuviera que incorporar toda lalógica necesaria para controlar este amplio número de dispositivos.


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La velocidad de transferencia de los datos de los periféricos es a menudomucho más lenta que la que tiene el procesador con el sistema de memoria, porlo tanto resulta poco práctico usar el bus del sistema de alta velocidad paracomunicarse directamente con los periféricos.

A menudo los periféricos utilizan formatos y longitudes de palabra de datosdiferentes a los que utiliza el procesador, lo que hace necesario el empleo dealgún elemento capaz de adecuar las señales de ambos dispositivo. Para elcaso del prototipo, se emplea para el puerto serie un circuito integrado conocidocomo CI MAX232 mientras que para el puerto USB se emplea directamente elmicroprocesador 18F4550, el cual ya tiene incorporada la función que haceposible la comunicación. Posteriormente se hará referencia a los protocolos decomunicación.

Los módulos de entrada/salida establecen una serie de reglas que les permitenpor un lado, conectarse con la CPU y la memoria a través del bus del sistema odel bus de expansión y por otro lado, conectarse con los dispositivos periféricosa través de enlaces dedicados únicamente a datos.

Estos enlaces se caracterizan porque son más lentos, tienen una menorlongitud de palabra y menores velocidades de transferencia de datos. Su diseñose basa en un estándar para permitir la interconexión de dispositivos dediferentes fabricantes.

Mas adelante se describirán con detalle algunos de los estándares másimportantes utilizados en la interconexión de una computadora y susrespectivos periféricos, haciendo para ello una distinción entre interfases serie,Interfases paralelo e interfases para USB.

Una Interfase tipo serie solo utiliza dos líneas para transmitir y recibir los datos,mientras que una interfase paralelo, utiliza varias líneas de datos para transmitirmúltiples bits de forma simultánea y la interfase USB, utiliza también una únicalínea para transmitir los datos y otra para recibirlos, es parecido al puerto seriepero con la ventaja de manejar mayores velocidades de transmisión, usarmúltiples dispositivos con un solo puerto utilizando un concentrador, además deconectar dispositivos en caliente, es decir conectar cualquier dispositivo sinnecesidad de reiniciar la PC. Este puerto ha tenido un gran impacto, a tal gradoque en la actualidad tiende a desplazar a los puertos Serie y Paralelo.

1.2. 2 Protocolos de comunicación.

Como ya se mencionó anteriormente, en muchos casos se siguen empleandolos tradicionales puertos de comunicación serie y paralelo para lograr latransmisión y recepción de datos, y aunque a últimas fechas el puerto USB se


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ha vuelto muy popular, existen varios estándares de comunicación que se usanactualmente pero que no son muy comunes. A continuación se hace referenciaa algunos de ellos.

• El estándar IEEE 1394 o FireWire.

Apple y Sony inventaron el FireWire a mediados de los 90 y lo desarrollaronhasta convertirlo en el estándar multiplataforma IEEE 1394. FireWire es unatecnología para la entrada/salida de datos en serie a alta velocidad y laconexión de dispositivos digitales como videocámaras o cámaras fotográficasdigitales que ha sido ampliamente adoptado por fabricantes de periféricosdigitales como Sony, Canon, JVC y Kodak.

FireWire es uno de los estándares de periféricos más rápidos que se handesarrollado, característica que lo hace ideal para su empleo con periféricos delsector multimedia (como cámaras de vídeo) y otros dispositivos de altavelocidad como, por ejemplo, lo último en unidades de disco duro e impresoras.

Esta interfase se ha convertido en la preferida de los sectores de audio y vídeodigital, ya que reúne numerosas ventajas, entre las que se encuentran laelevada velocidad, la flexibilidad de la conexión y la capacidad de conectar unmáximo de 63 dispositivos y además de cámaras o equipo de vídeo digital, laamplia gama de productos FireWire comprende reproductores de vídeo digital,sistemas domésticos para el ocio, sintetizadores de música, escáneres yunidades de disco duro.

Con un ancho de banda 30 veces mayor que el conocido estándar deperiféricos USB 1.1, el FireWire 400 se ha convertido en el estándar másrespetado para la transferencia de datos a alta velocidad. Apple fue el primerfabricante de ordenadores que incluyó FireWire en toda su gama de productos.

Una vez más, Apple ha vuelto a subir las apuestas duplicando la velocidad detransferencia con su implementación del estándar IEEE 1394b o FireWire 800.

La velocidad sobresaliente del FireWire 800 frente al USB 2.0 convierte alprimero en un medio mucho más adecuado para aplicaciones que necesitanmucho ancho de banda, como las de gráficos y vídeo, que a menudo consumencientos o incluso miles de megabytes de datos por archivo.

Algunas de las características más importantes del FireWire son:

a).- Flexibles opciones de conexión. Admite un máximo de 63 dispositivos concables de hasta 4,25 metros.


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b).- Distribución en el momento. Fundamental para aplicaciones de audio yvídeo, donde un fotograma que se retrasa o pierde la sincronizaciónarruina un trabajo.

c).- Alimentación por el bus. Mientras el USB 2.0 permite la alimentación dedispositivos sencillos que consumen un máximo de 2,5 W, como un ratón,los dispositivos FireWire pueden proporcionar o consumir hasta 45 W, másque suficiente para discos duros de alto rendimiento y baterías de cargarápida.

d).- Es conectable/desconectable en uso. Lo que significa que no se necesitadesactivar un dispositivo para conectarlo o desconectarlo y que no esnecesario reiniciar el ordenador.

e).- Funciona tanto con Mac como con PC. Lo que garantiza la compatibilidadcon una larga lista de productos con FireWire a precios razonables.

• Small Computer Systems Interface (SCSI).

La interfaz SCSI es una interfaz paralela, con 8, 16 o 32 líneas de datos, que seutiliza para comunicar dispositivos rápidos, como discos CD-ROM, dispositivosde audio y dispositivos de almacenamiento externo de datos.

Normalmente se considera a la configuración SCSI como un bus (conexiónmultipunto), sin embargo, los dispositivos están conectados entre sí formandouna conexión daisy-chain, donde cada dispositivo tiene dos conectores, uno deentrada y otro de salida.

El comienzo del bus se conecta con el host y el último dispositivo incorpora unterminado para evitar problemas de reflexiones de las señales. Los dispositivosfuncionan de forma independiente y pueden intercambiar datos tanto entre sícomo con el host.

Este bus puede soportar múltiples procesadores y múltiples dispositivosperiféricos, por ejemplo, puede soportar hasta 8 dispositivos, de los cuales cadauno puede tener 8 unidades lógicas, cada una de las cuales soporta 256subunidades lógicas.

La especificación original se llamó SCSI-1 y usaba 8 líneas de datos a unafrecuencia de 5 MHz, permitiendo una transferencia de datos de 5 Mb/s. SCSI-1soporta hasta 7 dispositivos que pueden ser encadenados al bus.

En 1991 surgió una extensión estándar, el SCSI-2, que incrementaba el númerode líneas de datos a 16 o 32 bits e incrementaba la frecuencia de reloj a 10MHz. Así se logran tasas de transferencia máxima de hasta 40 Mbytes/s.

Las transferencias en el bus siempre tienen lugar entre un iniciador (dispositivoque manda comandos) y un objetivo (dispositivo que ejecuta los comandos).


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Normalmente el host es el iniciador y el controlador del dispositivo es elobjetivo, aunque puede haber algún dispositivo que sea ambas cosas a la vez.

Las señales que se transmiten por el bus pueden estar implementadasutilizando un solo cable cada una y compartiendo una masa común en el casode un single-ended SCSI o utilizando dos cables cada una en el caso deldifferential SCSI, el primero se utiliza para distancias menores a 6 metros y elsegundo para distancias menores a 25 metros, donde los conectores son de 50alfileres.

• Comunicación inalámbrica. Bluetooth.

Bluetooth es la norma que define un estándar global de comunicacióninalámbrica que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes equiposmediante un enlace por radiofrecuencia. Los principales objetivos que sepretende conseguir con esta norma son:

a).- Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.b).- Eliminar cables y conectores entre éstos.c).- Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la

sincronización de datos entre nuestros equipos personales.

La tecnología Bluetooth comprende hardware, software y requerimientos deinteroperabilidad, por lo que para su desarrollo ha sido necesaria laparticipación de los principales fabricantes de los sectores de lastelecomunicaciones y la informática, tales como: Ericsson, Nokia, Motorola,Toshiba, IBM e Intel, entre otros.

Posteriormente se han ido incorporando muchas más compañías, y se prevéque próximamente lo hagan también empresas de sectores tan variados comoautomatización industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes dejuguetes, electrodomésticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentaráun panorama de total conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como enel trabajo.

Bluetooth proporciona una vía de interconexión inalámbrica entre diversosaparatos que tengan dentro de sí esta tecnología, como móviles, consolas,ordenadores de mano, cámaras, computadoras portátiles, impresoras osimplemente cualquier dispositivo que un fabricante considere oportuno, usandosiempre una conexión segura de radio de muy corto alcance.

El alcance que logran tener estos dispositivos es de 10 metros para ahorrarenergía ya que generalmente utilizan baterías, sin embargo, se puede llegar a


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un alcance de hasta 100 metros (similar a Wi-Fi) pero aumentando el consumoenergético considerablemente.

La especificación de Bluetooth define un canal de comunicación de máximo720Kb/s (1 Mbps de capacidad bruta) con un alcance óptimo de 10 metros(opcionalmente100 m con repetidores).

La frecuencia de radio con la que trabaja está en el rango de 2,4 a 2,48 GHzcon amplio espectro y saltos de frecuencia con posibilidad de transmitir en fullduplex con un máximo de 1600 saltos/seg. Los saltos de frecuencia se danentre un total de 79 frecuencias con intervalos de 1 MHz; esto permite darseguridad y robustez.

La potencia de salida para transmitir a una distancia máxima de 10 metros esde 0 dBm (1 mW), mientras que la versión de largo alcance transmite entre 20 y30 dBm (entre 100 mW y 1 W).

El protocolo de banda base (canales simples por línea) combina conmutaciónde circuitos y paquetes, donde para asegurar que los paquetes no lleguen fuerade orden, los slots pueden ser reservados por paquetes síncronos, un saltodiferente de señal es usado para cada paquete.

Por otro lado, la conmutación de circuitos puede ser asíncrona o síncrona. Trescanales de datos síncronos (voz), o un canal de datos síncrono y unoasíncrono, pueden ser soportados en un solo canal.

Cada canal de voz puede soportar una tasa de transferencia de 64 Kb/s encada sentido, la cual es suficientemente adecuada para la transmisión de voz,un canal asíncrono puede transmitir 721 Kb/s en una dirección y 56 Kb/s en ladirección opuesta, sin embargo, para una conexión asíncrona es posiblesoportar 432,6 Kb/s en ambas direcciones si el enlace es simétrico.

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth esta compuesto por dospartes:

1. Un dispositivo de radio, encargado de modular y transmitir la señal.2. Un controlador digital, compuesto por una CPU, por un procesador de

señales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller (ocontrolador de enlace) y por los interfaces con el dispositivo anfitrión.

El LC (Link Controller) está encargado de hacer el procesamiento de la bandabase y del manejo de los protocolos ARQ (protocolo utilizado para el control deerrores en la transmisión de datos) y MPE-FEC (protocolo de corrección deerrores) de capa física, además, se encarga de las funciones de transferencia(tanto asíncrona como síncrona), codificación de audio y encriptación de datos.


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La CPU del dispositivo se encarga de atender las instrucciones relacionadascon Bluetooth del dispositivo anfitrión, para así simplificar su operación, paraello, sobre la CPU corre un software denominado Link Manager que tiene lafunción de comunicarse con otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

El protocolo de gestión de enlace (LMP) se usa para controlar y negociar todoslos aspectos de funcionamiento de la conexión Bluetooth entre dos dispositivos.

1.2. 3 El microcontrolador

Desde la invención del circuito integrado, el desarrollo constante de laelectrónica digital ha dado lugar a dispositivos cada vez más complejos. Entreellos los microprocesadores y los microcontroladores.

Los microcontroladores están conquistando el mundo y están presentes ennuestro trabajo, en nuestra casa y en nuestra vida, en general, se puedenencontrar controlando el funcionamiento de los ratones y teclados de lascomputadoras, en los teléfonos, en los hornos microondas y los televisores denuestro hogar.

Escribir software consume mucho tiempo por lo que resulta más costoso y enaplicaciones sencillas, a menudo es más razonable efectuar tareas enhardware, sin embargo, conforme aumenta la complejidad del sistema,aumentan las ventajas del uso de sistemas programables.

Una de las principales ventajas de los sistemas programables es su flexibilidad,esto permite actualizar el funcionamiento de un sistema tan sólo cambiando elprograma sin tener que volver a diseñar el hardware. Esta flexibilidad es muyimportante, al permitir que los productos se actualicen con facilidad y economía.

En definitiva, un microcontrolador es un circuito integrado programable quecontiene todos los elementos de una computadora, generalmente se utiliza paracontrolar el funcionamiento de una tarea determinada y por su pequeño tamaño,suele ir incorporado en el propio dispositivo que gobierna. Esta últimacaracterística es la que le confiere la denominación de controlador incrustado(embedded controller).

El microcontrolador puede considerarse como una computadora dedicada a unatarea específica, debido a que en su memoria solamente reside un programadestinado a gobernar una aplicación determinada; sus líneas de entrada/salidasoportan la conexión de los sensores y actuadores del dispositivo a controlar y


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todos los recursos complementarios disponibles tienen como única finalidadatender sus requerimientos. Una vez programado y configurado elmicrocontrolador solamente sirve para gobernar la tarea asignada.

Los microcontroladores disponen de los bloques esenciales: procesador,memoria de datos y de programa o de instrucciones, módulos de E/S, osciladorde reloj, módulos controladores de periféricos, recursos auxiliares etc. (figura1.2).

Figura 1.2 Componentes básicos del microcontrolador.

Además de estos elementos, existen una serie de recursos especiales que losfabricantes pueden ofertar, algunos amplían las capacidades de las memorias,otros incorporan nuevos recursos y hay quienes reducen las prestaciones almínimo para aplicaciones muy simples y solo depende del programador elencontrar el modelo mínimo que se ajuste a sus requerimientos y de estamanera minimizar el hardware, el software y sobre todo el costo. Algunos de losprincipales recursos específicos que incorporan los microcontroladores son:

s Temporizadores (Timers).s Perro guardián (Watchdog).s Protección frente a fallo de alimentación (Brown-out).s Estado de bajo consumo.s Conversores AD y DA.s Modulador de anchura de pulsos PWM.s Comparadores analógicos.s Puertos de E/S digital.s Puertos de comunicación: serie, USB, I2C, etc.

El procesador es una parte muy importante del microcontrolador, encargada delprocesamiento de las instrucciones y datos, por lo que en todo diseño con PIC`ssiempre se busca optimizar su rendimiento, que se logra en gran parte, con elempleo de procesadores con arquitectura Harvard, cuya ventaja frente a lostradicionales de arquitectura Von Neumann es muy significativa.


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La arquitectura Von Neumann se caracteriza por disponer de una sola memoriaprincipal donde se almacenan datos e instrucciones de forma indistinta y elacceso a dicha memoria se lleva a cabo mediante un sistema de buses único.

En este tipo de arquitectura, el bus de direcciones es usado para identificar quéposición de memoria esta siendo accedida, mientras que el bus de datos esutilizado para trasladar información entre la CPU y alguna dirección de memoriao viceversa.

Con un único sistema de buses, la arquitectura Von Neumann es usadasecuencialmente para acceder a instrucciones de la memoria de programa yejecutarlas regresando desde/hacia la memoria de datos, lo cual significa que elciclo de instrucción no puede solaparse con ningún acceso a la memoria dedatos.

Una gran desventaja de esta arquitectura podría ser, que el contador deprograma o algún otro registro se corrompieran y apuntaran a la memoria dedatos y se tomara ésta momentáneamente como memoria de programa.Consecuentemente se ejecutaría una instrucción no deseada o un error en ladecodificación de la instrucción.

La Arquitectura Harvard por otro lado, se caracteriza por disponer de dosmemorias independientes, una que contiene sólo instrucciones y otra quecontiene sólo datos, ambas disponen de sus respectivos sistemas de buses deacceso y es posible realizar operaciones de acceso (lectura o escritura)simultáneamente en ambas memorias.

Una de las ventajas de esta arquitectura es que la operación delmicrocontrolador puede ser controlada más fácilmente si se presentara unaanomalía en el contador de programa.

En fechas mas recientes, surgió otro tipo de arquitectura conocida comoarquitectura Harvard modificada, que permite acceder a tablas de datos desdela memoria de programa y actualmente se considera dominante en losmicrocontroladores ya que la memoria de programa es usualmente ROM, OTP,EPROM o FLASH mientras que la memoria de datos es usualmente RAM.Consecuentemente, las tablas de datos pueden estar en la memoria deprograma sin que sean perdidas cada vez que el sistema es apagado.

Otra ventaja importante en la arquitectura Harvard modificada, es que lastransferencias de datos pueden ser ejecutadas conjuntamente con los ciclos dedecodificación de instrucciones, esto significa que la siguiente instrucción puedeser cargada de la memoria de programa mientras se está ejecutando unainstrucción que accede a la memoria de datos.


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La desventaja de la arquitectura Harvard modificada podría ser que serequieren instrucciones especiales para acceder a valores en memoria RAM yROM haciendo la programación un poco complicada.

Algunas de las principales ventajas que se pueden aprovechar en el uso demicrocontroladores son:

s Gestión eficiente de procesos.s Aumento de la fiabilidad.s Reducción del tamaño, consumo y costo.s Mayor flexibilidad (únicamente se requiere la reprogramación).

Dentro de la gran diversidad de microcontroladores existentes actualmente, enel mercado, quizá la clasificación más importante sea entre microcontroladoresde 4, 8, 16 o 32 bits, aunque las prestaciones de los microcontroladores de 16 y32 bits son superiores a los de 4 y 8 bits.

En realidad los microcontroladores de 8 bits dominan el mercado, mientras quelos de 4 bits se resisten a desaparecer, la razón de esta tendencia es porquelos microcontroladores de 4 y 8 bits son apropiados para la gran mayoría de lasaplicaciones, lo que hace innecesario emplear microcontroladores más potentesy consecuentemente más caros.

En cuanto a las técnicas de fabricación, cabe decir que prácticamente latotalidad de los microcontroladores actuales se fabrican con tecnología CMOS 4(Complementary Metal Oxide Semiconductor). Esta tecnología supera a lastécnicas anteriores por su bajo consumo y alta inmunidad al ruido.

El número de productos que funcionan en base a uno o variosmicrocontroladores aumenta de forma exponencial, siendo la industria de lainformática, la que acapara gran parte de los microcontroladores que sefabrican. Casi todos los periféricos del computador, desde el ratón o el tecladohasta la impresora, son regulados por el programa de un microcontrolador.

Los electrodomésticos (desde hornos y lavadoras hasta televisores y vídeos)incorporan también numerosos microcontroladores e, igualmente, los sistemasde supervisión, vigilancia y alarma en los edificios, utilizan estos chips paraoptimizar el rendimiento de los ascensores, calefacción, aire acondicionado, etc.

Las comunicaciones y sus sistemas de transferencia de información utilizanprofusamente estos pequeños computadores, incorporándolos en los grandesautomatismos y mas comúnmente en los teléfonos móviles.


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La instrumentación y la electromedicina son dos campos idóneos para laimplantación de estos microcontroladores. Otra importante industria usuaria delos microcontroladores es la automotriz, que los aplica en el control de laclimatización, la seguridad y los frenos ABS.

La figura 1.3, muestra una gráfica con datos aproximados sobre el empleo delos PIC`s en los diferentes sectores de nuestra sociedad, que permite dar unaidea del aumento de aplicabilidad que ha logrado este diminuto componenteelectrónico y que de alguna manera está revolucionando las formas de control.

Figura 1.3 Empleo de los Microcontroladores por sectores.

Algunos de los principales fabricantes de microcontroladores son Microchip,Motorota, Intel, Atmel, Siemens, Philips, Hitachi o Nacional Semiconductor,entre otros, sin embargo, De entre todos los fabricantes expuestos, Microchipes el que más diversidad posee, cuenta actualmente con 159microcontroladores distintos además de todas sus versiones segúnencapsulado.

1.2. 4 Adquisición de datos mediante sensores.

El proceso de adquirir datos desde el exterior, se realiza con la detección y enalgunos otros casos con la medición de los parámetros físicos, donde lossensores se encargan de transformar y adecuar en señales eléctricas paraposteriormente ser introducidas al sistema.

Mientras se lleva a cabo el proceso de adquisición de datos, se pueden producireventos que involucran a las señales detectadas, tales como: accionamiento dealarmas, escalado de datos, en ocasiones acciones de control, almacenamientode los mismos datos, etc.


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Posterior a la adquisición de datos se realizan análisis para extraer informaciónútil a partir de la cual se reportan resultados, se monitorean procesos y secomparte la información. Estas fases representan la funcionalidad de lossistemas modernos de adquisición de datos apoyados en una PC.

La función de adquisición de información es una de las etapas más críticas enel diseño y la construcción de cualquier prototipo mecatrónico, debido a lasconsideraciones que hay que hacer cuando dicho sistema se basa en una PC,especialmente si la adquisición se realiza mediante un hardware especializadode medición que puede desglosarse en sensores, conectividad de la señal o delos sensores, acondicionamiento de la señal, y conversión analógica-digital.

Actualmente existe una amplia variedad de dispositivos (ver figura 1.4),diseñados para percibir la información externa de una magnitud física ytransformarla en un valor electrónico que sea posible introducir al circuito decontrol, de modo que el procesador sea capaz de cuantificarla y reaccionar enconsecuencia.

Un sensor consta de algún elemento sensible a una magnitud física como porejemplo la intensidad o color de la luz, temperatura, presión, magnetismo,humedad, etc., y debe ser capaz, por su propias características, o por medio dedispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un cambioeléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la utilice directamente, osino en una etapa previa que la condicione (amplificando, filtrando, etc.), paraque finalmente se la pueda utilizar para el control del sistema mecatrónico.

Figura 1.4 Algunos sensores detectores de objetos.

Otro aspecto importante a considerar, es el acondicionamiento de la señal,algunas de las cuales requieren de algún tipo de preparación antes de serdigitalizadas, por ejemplo los termopares que producen señales de muy bajo


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nivel, que requieren de una etapa de amplificación, filtrado y linealización. Otrossensores, como termistores, galgas y acelerómetros, requieren alimentaciónademás de amplificación y filtrado, mientras que otras señales pueden requeriraislamiento para proteger alguna etapa de alto voltaje.

Idealmente un equipo debería permitir todo tipo de acondicionamiento incluidola combinación de algunos procesos, buscando siempre adaptarse a lasposibles necesidades del usuario.

Después de que los parámetros físicos se han convertido y acondicionado enseñales eléctricas útiles que generalmente son analógicas, se convierten ahoraen valores digitales y se pasan al computador. La conversión analógica-digitalse puede realizar a través de la misma tarjeta de adquisición de datos o en unsistema integrado con acondicionamiento y conectividad.

La combinación de sensores, conectividad de la señal, acondicionamiento yconversión analógica-digital constituye el hardware de medición de un equipode adquisición basado en una PC. Este hardware se configura y se controla através de software construyendo aplicaciones a la medida de la aplicacióndeseada.

1.2. 5 Empleo de actuadores.

Los actuadores son elementos cuyo objetivo principal es propiciar el movimientode los elementos del sistema mecatrónico según las ordenes suministradas porla unidad de control. Los actuadores utilizados en los sistemas pueden emplearenergía neumática, hidráulica o eléctrica.

Cuando en el diseño de algún sistema mecatrónico se llega a la etapa de elegirlos actuadores mas apropiados, se deben considerar algunas de lascaracterísticas siguientes:

• La potencia proporcionada por el elemento.• La forma y simplicidad de controlarlo (Controlabilidad).• El peso y volumen.• La precisión.• La velocidad.• El mantenimiento que requiere.• El costo.

Generalmente los actuadores por el tipo de energía que utilizan se puedenclasificar en:


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• Neumáticos.• Hidráulicos.• Eléctricos

Por su construcción, principio de operación y funcionamiento, los actuadoresmás comúnmente empleados en los sistemas mecatrónicos son:

• Los cilindros neumáticos e hidráulicos que proporcionan movimientoslineales.

• Los motores neumáticos e hidráulicos, también considerados comoactuadores de giro, proporcionan movimientos giratorios mediante laconversión de energía hidráulica o neumática.

• Las válvulas de mando directo, motorizadas, electroneumáticas, etc., seaplican para regular el caudal de gases y líquidos.

• Las resistencias calefactoras son comúnmente empleadas como fuentesde calor.

• Los motores eléctricos son los actuadores más empleados y por su tipose clasifican en inducción o jaula de ardilla, de corriente continua,brushless y paso a paso.

• Las bombas, compresores y ventiladores también son considerados enmuchos casos como actuadores, son movidos generalmente por motoreseléctricos de inducción.

Los actuadores hidráulicos, neumáticos y eléctricos son muy usados en lossistemas mecatrónicos.

Por lo general, los actuadores hidráulicos se emplean con más frecuenciacuando lo que se necesita es potencia, y los actuadores neumáticos sonsimples posicionamientos, sin embargo, los hidráulicos requieren demasiadoequipo para suministro de energía, así como de mantenimiento periódico.

Por otro lado, las aplicaciones de los modelos neumáticos también sonlimitadas desde el punto de vista de precisión y mantenimiento.

Los actuadores eléctricos también son muy utilizados en los aparatosmecatrónicos, como por ejemplo en los robots, donde los servomotores de c.a.sin escobillas se utilizarán en el futuro como actuadores de posicionamientopreciso, debido a la demanda de funcionamiento sin tantas horas demantenimiento.

Por todo esto, es necesario conocer muy bien las características de cadaactuador para utilizarlos correctamente de acuerdo a su aplicación específica.

Los actuadores neumáticos, utilizan aire comprimido entre 5 y 10 bar comofuente de energía y son muy recomendables en el control de movimientos


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rápidos, pero de precisión limitada. Los tipos de actuadores neumáticos másempleados son: los cilindros y los motores.

Con los cilindros neumáticos (Figura 1.5a), solo se persigue un posicionamientoen los extremos del mismo y no un posicionamiento continuo, el cual seconsigue con una válvula de distribución (normalmente de accionamientodirecto), que canaliza el aire a presión hacia una de las dos caras del émboloalternativamente.

(a) (b)Figura 1.5 Actuadores neumáticos

Existen dos clases de cilindros neumáticos que son de simple o de doble efecto.En los primeros, el embolo se desplaza en un sentido como resultado delempuje ejercido por el aire a presión, mientras que en el otro sentido sedesplaza como consecuencia del efecto de un muelle (que recupera al emboloa su posición en reposo).

En los cilindros de doble efecto el aire a presión es el encargado de empujar alembolo en las dos direcciones, al poder ser introducidos de forma arbitraria encualquiera de las dos cámaras.

En los motores neumáticos de aletas rotativas (Figura 1.5b), se consigue eldesplazamiento de un embolo encerrado en un cilindro, como consecuencia dela diferencia de presión a ambos lados de este.

Los motores de pistones axiales tienen un eje de giro solidario a un tambor quese ve obligado a girar las fuerzas que ejercen varios cilindros, que se apoyansobre un plano inclinado.

Con respecto a los actuadores hidráulicos, no hay mucha diferencia entre estosy los actuadores neumáticos, solo que en lugar de aire utilizan aceitesminerales a una presión comprendida normalmente entre los 50 y 100 bar,


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llegándose en ocasiones a superar los 300 bar, y también como en el caso delos neumáticos, existen actuadores de tipo cilindro (figura 1.6a), y de motoresde aletas y pistones (figura 1.6b).

La principal diferencia estriba en el hecho de que el grado de comprensibilidadde los aceites usados es considerablemente menor al del aire, por lo que laprecisión obtenida en este caso es mayor, por lo que resulta más fácil en ellosrealizar un control continuo, pudiendo posicionar su eje en todo un rango devalores (haciendo uso del servocontrol) con una notable precisión.

(a) (b)Figura 1.6 Actuadores Hidráulicos.

Los motores hidráulicos (figura 1.6b), son recomendables como actuadoresmanipuladores donde se requiere una gran capacidad de carga, junto a unaprecisa regulación de velocidad.

Las elevadas presiones de trabajo, aproximadamente diez veces superiores alas de los actuadores neumáticos, permiten desarrollar elevadas fuerzas y enconsecuencia presenta una excelente estabilidad frente a las cargas estáticas,esto indica que el actuador es capaz de soportar cargas, como el peso o unapresión ejercida sobre una superficie, sin aporte de energía (para mover elembolo de un cilindro seria preciso vaciar este de aceite). También esdestacable su eleva capacidad de carga y relación potencia-peso, así como suscaracterísticas de auto lubricación y robustez.

Una de las grandes desventajas que caracteriza al sistema hidráulico, son laselevadas presiones de trabajo que propician la existencia de fugas de aceite alo largo de las instalaciones.


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Dichas instalaciones suelen ser mas complicadas que las utilizadas por losactuadores neumáticos y eléctricos, necesitando de equipo de filtrado departículas, eliminación de aire, sistemas de refrigeración y unidades de controlde distribución para un funcionamiento confiable.

Los motores eléctricos son los más utilizados, por lo fácil y preciso que resultacontrolarlos, así como por otras propiedades ventajosas que establecen sufuncionamiento, como consecuencia del empleo de la energía eléctrica. Paraobtener un control deseable, se utiliza en el propio motor, un sensor de posiciónllamado encoder.

Dentro de los actuadores eléctricos pueden distinguirse los siguientes tipos:

s Motores de corriente continua (c.d.) que pueden ser controlados porinducción o controlados por excitación.

s Motores de corriente alterna (c.a.) del tipo síncronos y asíncronos.s Motores paso a paso.

Los motores de c.d. (figura 1.7a), están constituidos por dos devanadosinternos, inductor e inducido, que se alimentan con corriente continua. Elinducido, también denominado devanado de excitación, está situado en elestator y crea un campo magnético de dirección fija, denominado excitación.

(a) (b) (c)Figura 1.7 Actuadores eléctricos.

Para que se pueda dar la conversión de energía eléctrica en energía mecánicade forma continua es necesario que los campos magnéticos del estator y delrotor permanezcan estáticos entre sí.

Esta transformación es máxima cuando se encuentran en cuadratura. Elcolector de delgas es un conmutador sincronizado con el rotor encargado de


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que se mantenga el ángulo relativo entre el campo del estator y el creado porlas corrientes rotóricas, de esta forma se consigue transformarautomáticamente, en función de la velocidad de la máquina, la corrientecontinua que alimenta al motor en corriente alterna de frecuencia variable en elinducido.

Este tipo de funcionamiento se conoce con el nombre de autopilotado.

Los motores eléctricos de corriente alterna, son los actuadores más deseables(ver figura 1.7b), debido a su alto rendimiento y bajo mantenimiento, aunquepara controlarlo resulta un poco más complicado.Existen dos tipos de motores de c.a.: el motor síncrono y el motor de inducciónasíncrono, cada uno de estos tipos puede usar energía de c.a. monofásica otrifásica.En aplicaciones industriales, los motores trifásicos son más empleados,comparativamente con los motores monofásicos y el motor síncrono es muchomenos generalizado que el motor de inducción asíncrono, sin embargo se usaen algunas aplicaciones especiales, que requieren una velocidadabsolutamente constante o una corrección del factor de potencia.

Los motores a pasos (figura 1.7c), son dispositivos electromagnéticos, rotativos,incrementales que convierten pulsos digitales en rotación mecánica.

Los motores paso a paso son ideales para la construcción de mecanismos endonde se requieren movimientos muy precisos.

La característica principal de estos motores es el hecho de poder moverlos unpaso a la vez por cada pulso que se le aplique. Este paso puede variar desde90° hasta pequeños movimientos de tan solo 1.8°, es decir, que se necesitarán4 pasos en el primer caso (90°) y 200 para el segundo caso (1.8°), paracompletar un giro completo de 360°.

Estos motores poseen la habilidad de poder quedar enclavados en una posicióno bien totalmente libres, si una o más de sus bobinas está energizada, el motorestará enclavado en la posición correspondiente y por el contrario quedarácompletamente libre si no circula corriente por ninguna de sus bobinas.

La cantidad de rotación es directamente proporcional al número de pulsos y lavelocidad de rotación es relativa a la frecuencia de dichos pulsos .Los motoresa pasos son simples de operar en una configuración de lazo cerrado y debido asu tamaño proporcionan un excelente torque a baja velocidad.

Cabe destacar que debido a que los motores paso a paso son dispositivosmecánicos y como tal deben vencer ciertas inercias, el tiempo de duración y la


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frecuencia de los pulsos aplicados es un punto muy importante a tener encuenta.

El motor debe alcanzar el paso antes que la próxima secuencia de pulsoscomience. Si la frecuencia de pulsos es muy elevada, el motor puedereaccionar en alguna de las siguientes formas:

s Puede que no realice ningún movimiento en absoluto.s Puede comenzar a vibrar pero sin llegar a girar.s Puede girar erráticamente.• puede llegar a girar en sentido opuesto.

Para obtener un arranque suave y preciso, es recomendable comenzar con unafrecuencia de pulso baja y gradualmente ir aumentándola hasta la velocidaddeseada sin superar la máxima tolerada.

El giro en reversa debería también ser realizado previamente bajando lavelocidad de giro y luego cambiar el sentido de rotación.

Los beneficios ofrecidos por estos motores incluyen:

s un diseño efectivo y un bajo costo.s alta confiabilidad.s libres de mantenimiento (no disponen de escobillas).s lazo abierto (no requieren dispositivos de realimentación).

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CAPITULO 2 PLANTEAMIENTODEL PROBLEMA.

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.

2. 1 Objetivo general.

Actualmente en la mayoría de los planteles educativos de enseñanza técnicadedicados a la preparación de recursos humanos especialistas en la nuevadisciplina de la mecatrónica o áreas afines, carecen del equipamiento adecuadopara la realización de prácticas, debido a varios factores que escapan de lasposibilidades de las instituciones, entre ellos se pueden citar, la falta depresupuesto, los altos costos de los equipos actualizados, los distribuidores queno ofrecen lo necesario para satisfacer los requerimientos emanados de lasasignaturas prácticas que integran el plan de estudios.

El objetivo que se pretende lograr con la actual propuesta, va encaminado aldiseño y la construcción de un prototipo denominado “Sistema Mecatrónico paraensamble de piezas”, que incluya las ventajas que ofrece el uso de algunas delas tecnologías actuales en el campo de la mecatrónica, que además seadidáctico, sencillo de operar y lo mas económico posible, con la finalidad decoadyuvar en parte, a la solución de la falta de equipo en un laboratorioperteneciente a una institución educativa donde se realizan prácticas derobótica, de sistemas mecatrónicos y temas afines.

El prototipo tendrá además la flexibilidad para acoplarse a otros módulos yaexistentes para lograr un mayor aprovechamiento en el uso de todas lasunidades, además de posibilitar el incremento del número de prácticas queactualmente se realizan en esa área.

2. 2 Justificación.

El Centro Nacional de Actualización Docente (CNAD), es una de lasinstituciones educativas en México, encargadas de preparar recursos humanosespecialistas en la Mecatrónica, distinguiéndose sobre cualquier otra instituciónporque únicamente se dedica a especializar al personal que presta susservicios como docente, en los diferentes planteles de nivel medio superiordependientes de la Dirección General de Educación Tecnológica (DGETI). Otrafinalidad de este centro, es diseñar y construir algunos equipos didácticos parael equipamiento de algunos CETIS y CBTIS, instituciones que preparantécnicos de nivel medio superior en mecatrónica.

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El CNAD como institución educativa, también se ve involucrada en laproblemática antes expuesta y aunque cuenta con equipo actualizado pararealizar prácticas, en algunos laboratorios y talleres resulta insuficiente, y si aesto se agrega la desigual cerera contra los actuales avances tecnológicos, lasituación afecta mas, pues aunque se contara con un amplio apoyo económicopara la adquisición de equipo, después de un tiempo sería obsoleto. Esto obligóa buscar otras alternativas de solución, siendo una de las más viables elautoequipamiento.

El Centro Nacional de Actualización Docente en Mecatrónica no es laexcepción, ya que siendo una de las instituciones educativas pionera en laenseñanza de la Mecatrónica en México, que cuenta con equipamiento de altonivel, también requiere de equipo adicional que pueda satisfacer algunosrequerimientos particulares o especiales en la realización de prácticas yproyectos.

Tal es el caso de un equipo existente en el laboratorio de Robótica, destinado ala realización de prácticas de programación industrial denominado Celda deManufactura Flexible (figura 2.1), con el cual se pueden efectuar varias tareasdentro de un proceso simulado de manufactura, sin embargo el proceso no seefectuaba completamente, debido a la falta de una sección que se encargara deensamblar piezas.

Figura 2. 1 Celda de Manufactura Flexible.


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Para lograr poner en marcha el total de los elementos de la celda demanufactura flexible, requiere que los alumnos formen varias estaciones detrabajo (ver figura 2.2), y pongan en práctica diversos conocimientosrelacionados a la programación de robots industriales, de controladores lógicosprogramables y sistemas de control de bandas, pero se carecía de una etapaque se encargara de ensamblar piezas, lo que se restringía el proceso y laeficiencia del equipo en su conjunto.

Figura 2. 2 Estaciones de trabajo.

Por las razones antes mencionadas, surgió el interés de construir un prototipoque se pudiera acoplar a la celda de manufactura flexible con el cual secomplementara el proceso.

Considerando la versatilidad y el costo del equipo (celda de manufacturaflexible), con la implantación del prototipo, se solucionó gran parte de laproblemática, ahora el número de prácticas que se realizan están aumentado,se diversificaron los temas que ahora se dan con apoyo del nuevo sistema, y sesolucionó el problema de la falta de una etapa de ensamble en el proceso.

2. 3 Análisis de la necesidad.

La necesidad parte fundamentalmente de un Sistema de Manufactura Flexible(SMF), que se describe industrialmente como una celda altamenteautomatizada de Tecnología de Grupos, que consiste de un grupo deestaciones de trabajo de procesos, interconectadas por un sistema automáticode carga, almacenamiento y descarga de materiales.


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Se considera Flexible porque es capaz de procesar varios productos ycantidades de producción que pueden ser ajustadas en respuesta a loscomportamientos de la demanda. Algunas características son:

1. Habilidad para identificar y distinguir entre las diferentes partes oproductos procesados por el sistema.

2. Rápido cambio de las instrucciones de operación3. Rápido cambio de la configuración física

La flexibilidad es un atributo que aplica a los sistemas manuales yautomatizados”

Generalmente los Sistemas de Manufactura Flexible se clasifican según lasestaciones de trabajo en:

Celda de máquina sencilla (CMS à 1). Consiste en una máquina CNCcombinada con un sistema de almacenamiento de partes paraoperaciones sin atender.

Celda de manufactura flexible (CMF à2,3 máquinas). Consiste de doso tres estaciones de trabajo además de una parte de sistema demanejo.

Sistema de manufactura flexible (SMFà4 o más máquinas). Tienecuatro o más estaciones de proceso conectadas mecánicamente porun mismo sistema de manejo y electrónicamente por un sistemacomputacional distribuido.

Las estaciones de trabajo pueden consistir en:

• Estaciones Carga/Descarga. La carga y descarga se puede llevar acabo manualmente, con procesos automatizados o una combinación deambas, para lograr seguridad.

• Estaciones de maquinado. Utilizan máquinas de Control Numérico. Seemplean para partes rotacionales y no rotacionales.

• Otras estaciones de proceso. SMF se aplican a otras operacionesademás del maquinado por ejemplo la fabricación de hojas de metal,que consiste en punching, shearing, bending, etc.

• Otras estaciones y equipo. La inspección puede ser incorporada alSMF, así como limpieza de piezas, arreglo de tarimas, sistemascentrales de refrigeración, etc.

• Ensamblado. Algunos SMF son diseñados para llevar a cabooperaciones de ensamble, generalmente son robots programados pararealizar varias tareas en secuencia y movimientos para acomodardiferentes productos.


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Este último punto describe la necesidad básica que nos ocupa; la de diseñar yconstruir una estación de trabajo cuya función sea la de ensamblar piezasdentro de un proceso.

Como se ha mencionado anteriormente, la celda de manufactura flexible estáintegrada principalmente por cuatro bandas transportadoras y cuatro estacionesde trabajo, cada una de ellas con un robot manipulador de cinco grados delibertad.

Para aumentar la versatilidad y el potencial de uso de este equipo, es necesarioagregar una estación de trabajo adicional que se encargue del ensambleautomático de algunas piezas para completar el proceso, ya que actualmente elensamble se realiza en forma manual. Esto permitirá incrementar el número deprácticas que normalmente se realizan con este equipo, lo cual redituará sinlugar a dudas en los alumnos, una mayor preparación y obtención dehabilidades en el campo de la mecatrónica, tal como sucedería si ellostrabajaran directamente en algunos de los procesos industriales reales.

2. 4 Determinación de los requerimientos.

La estación de ensamble, debe ser capaz de cumplir con los siguientesrequerimientos:

a) Debe funcionar como un módulo particular que tenga la característica deconfigurarse y acoplarse al equipo existente como una estación más detrabajo, para lo cual debe disponer de una computadora personal que lepermita gobernar sus propios elementos (sensores y actuadores) yprogramar sus rutinas de trabajo.

b) Por otro lado, también se requiere que este módulo de ensamble cuentecon las características de un sistema mecatrónico que opere en formaindependiente para que pueda emplearse como una alternativa en larealización de prácticas sobre temas afines a la mecatrónica, inclusive enotros laboratorios o aulas.

c) Las bandas que integrarán el sistema de ensamble deben serpreferentemente de materiales y medidas similares a los del equipo yaexistente para lograr un óptimo acoplamiento (ver figura 2.3).

d) Debe disponer de dos bandas transportadoras, una para recibir laspiezas provenientes de las bandas de la Celda y otra donde se retornenlas piezas ensambladas a la celda para continuar con el proceso.


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Figura 2. 3 Perfiles y bandas empleados en las bandas.

e) Todas las piezas sin excepción provenientes de un alimentador o dealguna etapa anterior serán depositadas en la banda 1, la cual tendráuna inclinación de 30º aproximadamente, donde las piezas serándiscriminadas por color, forma o material y serán seleccionadas enrampas diferentes (figura 2.4).

Figura 2. 4 Bosquejo de la banda 1..

f) Las piezas caerán por las rampas y se ensamblaran en la banda 2 quese moverá en sentido opuesto a la banda1 (figura 2.5).

Figura 2. 5 Bosquejo de la banda 2..

RRaammppaa 11RRaammppaa 22

SSiisstt.. DDee EEnnssaammbbllee


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g) Las piezas que no logren ensamblarse serán rechazadas, mientras quelas que se ensamblen correctamente, llegarán al final del proceso y sedepositarán en alguna de las bandas de la celda para continuar con elproceso.

h) El sistema de ensamble mecatrónico, podrá emplearse en cualquierestación de trabajo dentro de la celda de manufactura flexible (figura2.6).

Figura 2. 6 Bosquejo de la posición del prototipo.

2. 5 Metas de diseño.

Para el diseño y construcción del prototipo ensamblador de piezas,básicamente se contemplan tres aspectos fundamentales, de los cuales sederivan las metas y alcances que a continuación se mencionan:

1.-Diseñar y construir el aspecto mecánico del prototipo con las particulares deun sistema mecatrónico. A continuación se detallan los aspectos mecánicos quese tomaron en cuenta y que fueron realizados por el especialista mecánico.

• Desarrollar los bosquejos iniciales que permitan conceptualizar elaspecto final y la funcionalidad del prototipo de acuerdo a losrequerimientos planteados.


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• Realizar los diseños mecánicos necesarios para obtener la concepcióndetallada de las piezas a fabricar.

• Maquinar las piezas requeridas conforme a las especificaciones dediseño.

• Como parte esencial del prototipo, diseñar y construir dos bandastransportadoras, una de ellas con cierto grado de inclinación (30° a 60°aproximadamente), característica necesaria para el ensamble de laspiezas.

• Diseñar y construir una base con rodamientos para el prototipo quepermita transportarlo y fijarlo fácilmente en el lugar deseado.

• Diseñar y construir algunos aditamentos mecánicos que permitan alinearel sistema y acoplarlo a la celda de manufactura flexible.

• Diseñar y construir siete bases ajustables para fijar los sensores yactuadores en lugares estratégicos del prototipo.

2.- Diseñar y construir el sistema de control que permita gobernar los diferentessubsistemas e interactuar con dos dispositivos inteligentes (que en estecaso es la PC), para realizar con éxito la programación y el control delproceso de ensamble y facilitar la realización de prácticas con diferentesinterfaces de comunicación.

• Diseñar e Implementar una Interfase de comunicación paralelo para laprogramación y control del sistema desde una PC.

• Diseñar e Implementar una Interfase de comunicación serial que permitaefectuar la programación y el control del sistema mediante una PC desdeotra técnica de comunicación.

• Diseñar e Implementar una interfase de comunicación USB con la cualcontrolaremos mediante una PC y demostrar otro tipo de comunicación

• Diseñar e Implementar una interfase de comunicación Inalámbrica con lacual controlaremos mediante un teclado y demostrar así su funcionalidad

• Diseñar y construir los circuitos que operarán como interfaces depotencia para gobernar los diferentes actuadores del sistema.

• Diseñar y construir los circuitos de interfaces para el acoplamiento deseñales de control provenientes de los sensores del sistema.

• Diseñar y construir un circuito selector electrónico que permitirá controlarel tráfico de señales y al operario elegir el sistema de comunicación aemplear para la operación del prototipo.

3.- Diseñar la programación de las rutinas necesarias para controlar el sistemadesde un ambiente en Visual Basic para la PC.

• Diseño y construcción de un programa mediante una PC, necesario paraefectuar las rutinas de control del sistema en ambiente Visual Basic


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• Diseñar y crear un programa para manipular desde la PC cada uno delos actuadores del sistema y monitorear las condiciones reales deoperación de cada uno de los sensores.

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CAPITULO 3 MARCO TEÓRICO

MARCO TEÓRICO

3. 1 Antecedentes de la investigación.

Desde el año de 1996, en el CNAD, los alumnos aspirantes a especialistas eningeniería mecatrónica a través de diferentes generaciones, como parte de supreparación en la asignatura de proyecto final, han diseñado y construidoprototipos mecatrónicos enfocados a diferentes aplicaciones donde se halogrado la incorporación de algunas tecnologías comúnmente empleadas en losactuales sistemas mecatrónicos, mejorando año con año los prototiposrealizados, fundamentalmente en el aspecto mecánico y de control.

Con respecto a las características de los prototipos realizados y a las mejorasque se han efectuado en el transcurso del tiempo, se pueden citar algunas (enla sección de programación y control), consideradas como importantes.

s Las interfaces de comunicación.s La electrónica de control.s La electrónica de potencia.s Las etapas de adquisición de datos.s La programación.

En los primeros equipos, la comunicación se efectuaba únicamente a través delpuerto paralelo y la programación desde la PC se efectuaba en lenguaje “C”. Elcontrol de los circuitos electrónicos llegó a incluir microprocesadores Z80,resultando en consecuencia, sistemas más robustos y voluminosos.

Por la parte de los actuadores, los que mas se empleaban eran los pistonesneumáticos, los motores a pasos y los motores de c.d., mientras que para laadquisición de datos se empleaban como sensores los interruptores mecánicosen diferentes versiones para obtener señales ON-OFF y así facilitar el empleode los controladores lógicos programables como parte de control del equipo.

En los prototipos actuales la comunicación de la PC hacia el resto del sistemase hace a través de los puertos serie, paralelo, y mas recientemente por USB(aplicaciones incluidas en el prototipo propuesto), mientras que el lenguaje deprogramación es “C” y Visual Basic.

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Por lo que respecta a la etapa de control electrónico, ahora se incluye el uso delos microcontroladores para aplicaciones de tareas específicas, reduciéndose eltamaño de los circuitos electrónicos.

Los actuadores que más comúnmente se emplean ahora, son los servomotoresde c.d. y por lo que respecta a los sensores también se emigró al uso dedispositivos detectores más modernos y que no requieren de contacto físicopara detectar.

A continuación se exhibe una tabla donde se citan los prototipos realizadosdesde la primera generación de alumnos especialistas en ingenieríamecatrónica hasta la vigésimo segunda generación, donde paralelamente seconstruyó el prototipo abordado en este documento.

GENERACIÓN PROTOTIPOS

Primera(nov 95 – ago 96)

• Baño mecatrónico.• Factory Automation model.• Brazo mecánico.• Robot (REMI)

Segunda(sept 96 – jul 97)

• Mesa XY.• Mesa XY.• Dosificador de líquidos.• Célula mecatrónica didáctica• Conformado mecatrónico de platos de cerámica.

Tercera(feb 97 – Dic 97)

• Robot didáctico Industrial.• Servidor automatizado.• Robot didáctico de 6 grados de libertad.• Desembobinador y contador mecatrónico para la

industria textil.• Sistema didáctico de manufactura flexible.

Cuarta(sept 97 – jul 98)

• Controlador mecatrónico de tráfico.• Extractor y servidor de jugos de naranja.• Girapintarrón.• Mesatrónica X,Y,Z.• Cortador de madera balsa.• Explorer.

Quinta(feb 98 – dic 98)

• Brazo de robot.• Vehículo VGA-FRAM.• Vernier didáctico.• Brazo electroneumático.• Banda transportadora.• Elevador didáctico.


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Sexta(sept 98 – jul 99)

• Rastreador parabólico solar.• Máquina calificadora de exámenes.• Mecanismos didácticos.• Proceso de simulación didáctica.• Mesa didáctica para ejes X,Y.• Robot de dos grados de libertad.

Séptima(feb 99 – dic 99)

• Alimentador automático de láminas.• Dosificador de líquidos.• Perforadora de tarjetas de circuitos impresos.• Sistema de control ambiental.• Estación de clasificación y distribución de

materiales.• Sistema de dibujo lineal.

Octava(sept 99 – jul 2000)

• Micromouse “Luigi”.• Sistema de pintado por inmersión.• Dosificador de granos para forraje.• Cortador de unicel.• Sistema de medición y corte de alambre.• Robot SCARA.

Novena(feb 00 – dic 2000)

• 6 Factory Automation (FA).

Décima(sept 00 – jul 01)

• 2 Robots SCARA.• Factory Automation (FA).• 2 Mesas X; Y.• Banda de entrenamiento mecatrónico.• Equipo de entrenamiento electroneumático.• Robot móvil.

Décimo Primera(feb 01 – dic 01)

• Robot SCARA.• Mecanismos.• 3 Factory Automation (FA).

Décimo Segunda(sept 01 – jul 02)

• 2 Robots SCARA.• 3 Mesas X, Y.

Décimo Tercera(feb 02 – dic 02)

• Robot SCARA.• 2 Factory Automation (FA).• Robot móvil.

Décimo Cuarta(sept 02 – jul 03)

• 2 módulos de automatización industrial.• Graficador (mesa X; Y).• Perforadora de circuitos impresos.• 2 Robots tipo SCARA.• Robot móvil.


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Décimo Quinta(feb 03 – dic 03)

• 2 Robots tipo PUMA.• 2 Factory Automation model.• Clasificador de materiales.• Mesa X, Y (motores de c.d.).

Décimo Sexta(sept. 03 – jul 04)

• 2 Robots tipo SCARA.• Banda didáctica mecatrónica.• Extractor de jugos de naranja.

Décimo Séptima(feb 04 – dic 04)

• 4 Factory Automation model.

Décimo Octava(sept 04 – jul 05)

• 4 Robots tipo SCARA

Décimo Novena(feb 05 – dic 05 )

• Robot Scara.• 2 Factory Automation model.• Clasificador de productos.• Robot cartesiano.

Vigésima(sept 05 – jul 06)

• Robot tipo SCARA con sistema embebido.• Cabina de pintura electrostática.• Dispensadora de alimentos.• Banda mecatrónica.• Sistema modular de robots y bandas.

Vigésima Primera(feb 06 – dic 06)

• Perforadora de tarjetas (Mesa X, Y.).• Termoformadora.• Celda de manufactura integrada.• Horno de pintura.• Banda mecatrónica.

Vigésima Segunda(sept 06 – jul 07)

• Robot manipulador con caja de enseñanza.• Almacén controlado por computadora.• Extractor de jugo de naranja portátil.• Control de vehículo por medio de señales de

radiofrecuencia JUMMER CAS-2007.

Tabla 1. Prototipos anteriores

La gran mayoría de estos proyectos trabajan con los protocolos decomunicación y control mediante los puertos de la PC (Serie y Paralelo) yalgunos son controlados por un PLC (Controlador Lógico Programable).

El control por medio de los puertos de una PC que actualmente tiene una granárea de aplicación, se fue desarrollando desde que surgió la necesidad deadaptar una interfaz para controlar un sistema electrónico dedicado a realizarciertas tareas particulares indicadas por una programación previa.


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Actualmente se pueden encontrar sistemas controlados desde una PC, querealizan tareas sencillas, tales como activar un simple foco de 120 voltscontrolado por una sencilla interfaz de relevadores conectados al puertoparalelo, hasta el control de un proceso complicado de un robot empleandopuertos USB para comunicarse con una computadora y poder interactuar consensores y actuadores mas sofisticados desde un programa previamenteinstalado.

Dentro de los prototipos realizados, cabe mencionar algunos que se handistinguido por su aplicación y funcionalidad, entre los que destacan: el Modelode fábrica automatizada (FA), Girapintarrón, Mesa XY, Robot tipo puma, Robottipo SCARA y Robot cartesiano.

El robot SCARA (Selective Compliant Assembly Robot Arm) es uno de losprototipos que han ido evolucionando con el tiempo, desde el primer modelo dedos grados de libertad construido con motores a pasos y control por puertoparalelo, desde una PC, hasta los mas actuales construidos con cinco gradosde libertad empleando motores a pasos, o de tres grados de libertad empleandoservomotores de c.d. (ver figura 3.1), controlados por el puerto serie desde unacomputadora empleando microcontroladores y un protocolo de comunicaciónI2C.

Figura 3. 1 Prototipo de un robot SCARA de 3 grados de libertas.

En este tipo de robot también es importante mencionar que su funcionamientose basa en un programa ejecutado desde una PC, mediante comandos oinstrucciones para generar los movimientos y rutinas que debe ejecutar.

El programa asigna en este caso un carácter para cada instrucción y se lo envíaal microcontrolador maestro, el cual interpreta cada carácter y según el


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programa, se le asigna una dirección y una instrucción que será enviada a losdemás microcontroladores esclavos, pero solo uno ellos tomara esa instruccióny la ejecutará, esto gracias a la dirección que el microcontrolador esclavo quetenga.

Una de las principales aportaciones hechas al prototipo propuesto (“Sistemamecatrónico para ensamble de piezas”), fue la aplicación por primera vez de lacomunicación a través del puerto USB, ya que anteriormente en el CentroNacional de Actualización Docente, los protocolos de comunicación y control,únicamente se habían realizado a través del puerto paralelo y el puerto serie.

3.2 Especificación de requisitos.

En esta fase se establecen los requisitos deseables del producto a desarrollar,de tal manera que se tendrán que especificar algunos parámetros tales como:

1) El costo máximo permisible.

El costo máximo permisible no esta realmente limitado, sin embargo, se debeconsiderar la posibilidad de reproducir estos equipos a futuro, lo que obligó a labúsqueda de materiales baratos y sin dificultad para conseguirlos.

2) El rendimiento mínimo del producto.

El rendimiento mínimo del producto se adecua a las necesidades que se exigenen el laboratorio de robótica del CNAD puesto que se tiene que trabajar enconjunto con la celda de manufactura flexible (figura 2.1) durante un largoperiodo de tiempo en cada sesión de actividades.

3) Las ampliaciones y mejoras futuras.

Originalmente el prototipo se implemento para trabajar con el puerto serie,puerto paralelo, comunicación inalámbrica y recientemente se incorporo para elpuerto USB, quedando por implementar posiblemente mas adelante lacomunicación por bluetooth, además de aplicarlo conjuntamente con un robotSCARA para demostraciones fuera del laboratorio de robótica del CNAD.

4) El consumo de energía.

Sobre el consumo de energía, cabe mencionar que se realizaron las pruebasnecesarias como medición de corriente, voltaje y potencia del sistema concarga y sin carga arrojando como resultados una corriente total de 1.5 Ampers yun voltaje de 24 voltios dando como resultado una potencia de 36 Watts sincarga, y con carga una corriente de 3 Ampers con una potencia de 72 Wattspuesto que el voltaje es el mismo en ambos casos.


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5) El tamaño y el peso aproximado.

El tamaño se propuso pensando en el espacio donde se acomodara el prototipodentro del laboratorio de robótica, que tiene una dimensión de 2 metros de largopor 1 metro de ancho y 1 metro de altura

6) El costo de comercialización.

Por otro lado el costo de comercialización no se considera, debido a que sonequipos que se donarán a instituciones educativas.

3.2 1 Establecer las interfaces del sistema.

En este punto se debe considerar la comunicación que se establecerá entre laPC y el ó los microcontroladores que serán los encargados de gobernar loscomponentes restantes.

También habrá de tomarse en cuenta el subsistema de E/S, estableciendo quetipo de enlace se utilizará en la comunicación de los periféricos con lacomputadora. Para el presente proyecto se pensó inicialmente en el tipo decomunicación mas adecuada, llegando a la conclusión que se requerían trespuertos de comunicación (Paralelo, serie y USB), cada uno de ellos con supropio protocolo, en consecuencia, se diseñó una interfaz para cada puertopara permitir la visualización de las entradas que se reciben y las salidas que seenvían desde la PC.

3.2 2 Desarrollo del hardware y selección del software.

Después de que se tiene bien definido lo que se requiere, es el momento deempezar a desarrollar el hardware, haciendo una selección de los componentesque se utilizarán en las tarjetas de circuitos impresos, basados en loscorrespondientes diagramas esquemáticos resultantes de los diseños decircuitos realizados con un software de apoyo (Protel).

Es importante considerar que durante el ciclo de diseño del hardware, sepueden presentar situaciones de diseño-prueba-vuelta atrás, con el aparenteencarecimiento del producto final. Por esta razón, es aconsejable dejar la fasede diseño y fabricación del PCB al final, realizando primeramente, algunasetapas previas de prueba y ensamble que pueden ser:


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• El montaje de componentes electrónicos de cada interfaz decomunicación en protoboard que nos permita verificar el buenfuncionamiento de las etapas electrónicas de cada sección del proyecto.

• Realizar la programación pertinente tanto para los microcontroladorescomo para la interfaz en Visual Basic que nos permitirá controlar elprototipo con la PC

• Por ultimo verificar que cada sección electrónica trabaje correctamenteen conjunto con las demás.

Esto permitirá verificar en la siguiente fase de pruebas (ver figura 3.2), tanto elcorrecto diseño de la circuitería como la programación del microcontrolador y lacorrecta aplicación del software desarrollados en esta etapa.

Figura 3. 2 Pruebas del hardware.

3.2 3 Prueba y ensamble de los bloques de integración.

Una vez concluida la etapa correspondiente al desarrollo del hardware, laprogramación del microcontrolador y la aplicación del software, se procede averificar el correcto funcionamiento de las partes en forma conjunta.

Para probar el software de programación, se debe realizar una prueba desde laherramienta de desarrollo utilizada (en este caso Visual Basic), esto permitecomprobar el buen funcionamiento de las etapas de entrada y salida de datosen los microcontroladores, dicha información es monitoreada sobre pantallaspreviamente diseñadas para ese fin.

Pueden surgir problemas de funcionamiento en cuanto se aplica el software,debido a que se trabaja con un flujo de datos que viajan por los sensores, losmicrocontroladores y los puertos de comunicación hacia la aplicación final. Esrecomendable realizar algunas pruebas, utilizando una primera versión deensamble del circuito electrónico en protoboard (desarrollada en la faseanterior) antes de la fabricación final del PCB.


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3.2 4 Diseño y fabricación del PCB.

Finalmente después que se ha comprobado el correcto funcionamiento de laplaca de prueba o del circuito en protoboard, se realiza el diseño de la tarjeta decircuito impreso partiendo de un circuito esquemático, apoyados para ello en unsoftware preferentemente (Protel DXP en este caso).

Los diseños del PCB se deben revisar cuidadosamente para evitar errores,posteriormente se puede aplicar algún método de serigrafiado para transportarel diseño a la correspondiente placa de cobre donde finalmente después desumergirla en ácido y desbastar el material sobrante de cobre, se obtiene elacabado final, en la figura 3.3a se observa la cara de las pistas y en 3.3b semuestra la cara componente de una de las tarjetas.

Figura 3. 3 a Diseño y fabricación de los PCB.


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Figura 3. 4 b Diseño y fabricación de los PCB.

Es necesario comprobar que no existan fallas eléctricas por corto circuito opistas abiertas en el PCB, procediendo a perforar y montar los componentes,verificando en cada caso que no existan errores y así garantizar que el montajese ha realizado correctamente.


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3.2 5 Puesta en marcha.

Figura 3. 5 Puesta en marcha.

Cuando el prototipo esté terminado, se debe poner en marcha y realizardiferentes tipos de pruebas finales para ajustarlo, comprobar que todo funcionacorrectamente y validarlo, por lo tanto se tienen que tomar en cuenta lossiguientes pasos:

1. Probar que los motores que mueven las bandas con carga no rebasenuna corriente de 3 Ampers, que es la corriente máxima soportada por elpuente H (circuito integrado LM18200) que es quien controla a estos.

2. Colocar cada uno de los actuadores y sensores en una posiciónestratégica que nos permita realizar una rutina de control dentro delsistema.

3. Ajustar cada uno de los sensores tomando en cuenta parámetros comoson altura, distancia y tipo de material que pasara sobre las bandas; eneste caso solo pasaran piezas de plástico y metal, utilizando sensores detipo reflectivos e inductivos.

4. Por último se debe interactuar los sensores y actuadores con la PCprobando y monitoreando cada uno de ellos, verificando que no hallaproblemas como falsos contactos o cortos.

En la figura 3.5 se puede observar el prototipo ya armado y listo para agregarlelas etapas de control


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3. 2 6 Metodología.

Algunos de los principales parámetros que se deben tomar en cuenta cuandose desarrolla un proyecto, es el diseño, la construcción y la puesta en marchadel prototipo, tomando en cuenta los elementos que se requieren para dichatarea, la mayoría de las veces se piensa primero en la especificación derequisitos, costos, tiempo etc., hasta la comercialización del producto final.

La metodología que se empleo en el diseño, desarrollo y construcción delpresente prototipo mecatrónico se describen en los puntos anteriores descritosen este capitulo, con excepción de la fase de comercialización ya que como seha mencionado anteriormente, los prototipos obtenidos son donados ainstituciones educativas de nivel medio superior dependientes de la DGETI.

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CAPITULO 4 IMPLEMENTACIÓNDEL SISTEMA DE CONTROL

IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL

4.1 Generalidades

Los sistemas de control (figura 4.1) son fundamentales para el manejo de losprocesos de producción de las plantas industriales. Está comprobado que elaumento de la productividad está muy relacionado a la automatización de losprocesos en la medida que se haga un uso eficiente de los equipos y sistemasasociados.

Figura 4. 1 Esquema general de un sistema de control.

Actualmente la tecnología permite establecer una serie de estrategias de controlque eran de difícil implementación hasta hace solamente algunos años atrás, enespecial en procesos industriales complejos.

La aplicación de la computadora en el control de procesos supone un saltotecnológico enorme que se traduce en la implantación de nuevos sistemas decontrol en el entorno Industrial. Desde el punto de vista de la aplicación de lasteorías de control automático, el computador no está limitado a emular cálculos.

La computadora permite la implantación de avanzados algoritmos de controlmucho más complejos como pueden ser el control integral de las plantas defabricación, englobando también la gestión de la producción.

CAPITULO 4 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL_______________________________________________________________________

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Las computadoras personales (PC’s) se aplican cada vez más en las tareas deautomatización. Pero con frecuencia no se aprovechan plenamente los recursosque ofrecen estos.

En el presente caso, qué mejor que aprovechar las ventajas de un sistema decontrol de procesos representado por la Celda de Manufactura flexible y unasolución compacta y basada en PC, representada por el Sistema de EnsambleMecatrónico propuesto como una solución a los requerimientos planteados enel capítulo anterior, para aumentar la versatilidad del equipo ya existente y quese pretende complementar.

Históricamente las funciones desarrolladas por la computadora han sido:

a).- La adquisición y presentación de los datos. En esta etapa solo se recababainformación de la evolución del proceso como datos estadísticos, no serealizaban acciones de control, solo había comunicación del proceso hacia laPC (Figura 4.2).

Figura 4. 2 La PC como procesador de datos del proceso.

b).- Tratamiento de la información (comparación). Solo se realizanoperaciones de supervisión en las que en computador interpreta lainformación que le llega del proceso emitiendo unos mensajes en función dedicha información (figura 4.3).


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Figura 4. 3 La PC como tratamiento de información del proceso.

3.- La computadora interactúa sobre el proceso llevando el control de todossus elementos como único elemento de gobierno (Figura 4.4).

Esta es la funcionalidad de la computadora que se aprovecha para controlar,programar y operar el proceso de ensamble de dos piezas concaracterísticas definidas en el prototipo propuesto.

Figura 4. 4 La PC como control del proceso.

La responsabilidad final del diseño del sistema de control, es la de considerartodas las acciones de gobierno y monitoreo de todos y cada uno de lossubsistemas, además de proporcionar una interfase sencilla y amigable para laoperación del usuario.

El sistema principal de control está constituido a su vez, por un conjunto desubsistemas de control distribuidos estratégicamente en diferentes seccionesque deben trabajar en forma coordinada para lograr un gobierno total delprototipo.


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Figura 4. 5 Partes integrantes de un sistema de control.

La arquitectura física del sistema de control (Figura 4.5), es totalmente abierta yconsiste en una serie de circuitos electrónicos, interconectados por etapasformando interfaces para interactuar con sensores y actuadores, los cuales sonprogramados y operados desde una computadora personal (ver anexos).

En el diseño del sistema de control que emplea el prototipo de EnsambleMecatrónico, se usan ambos dispositivos de gobierno (PC ), quienes seencargan de ejercer las acciones de programación y control de otrossubsistemas diseñados como etapas de interfaces que también alojan circuitosde control independientes llamados Microcontroladores.

En la figura 4.8, se presenta un diagrama a bloques, donde se muestran lasetapas del sistema de control empleado en este prototipo.

4.2 Interfaz de comunicación del puerto paralelo

Los puertos de comunicación de las computadoras personales, son departicular importancia para controlar diversos tipos de circuitos electrónicosutilizados, principalmente, en actividades de automatización de procesos, en laadquisición de datos, en la realización de tareas repetitivas y otras actividadesque demandan precisión.

El puerto paralelo (protocolo centronics) se utiliza generalmente para manejarimpresoras, sin embargo, dado que este puerto tiene un conjunto de entradas ysalidas digitales, se puede emplear para hacer prácticas experimentales delectura de datos y control de dispositivos.


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La adquisición de datos y el control de dispositivos son una alternativa al uso decontroladores lógicos programables (PLC) y tarjetas de adquisición de datos(DAC), de modo que se pueden hacer experimentos con sistemas en tiempo-real, por esta razón, es necesario conocer los aspectos más relevantes delpuerto paralelo, de modo que se pueda utilizar como una interfaz deentrada/salida que funcione de modo subordinado a rutinas de software.

Mientras que en un esquema de transmisión de datos en Serie, un dispositivoenvía datos a otro a razón de un bit a la vez a través de un cable, por otro lado,en un sistema de transmisión de datos en paralelo (Figura 4.6), un dispositivoenvía datos a otro a razón de n número de bits a través de n número de cablesal mismo tiempo.

El puerto paralelo pueden movilizar información sobre varias líneas; la mayoríaofrece transferencia a ocho bits, las conexiones paralelas emplean usualmenteconectores grandes de veinticinco alfileres.

Un sistema de comunicación en paralelo puede utilizar cualquier número decables para transmitir datos, la mayoría de los sistemas paralelos utilizan ocholíneas de datos para transmitir un byte a la vez, sin embargo existen esquemasde transmisión de datos que pueden transmitir desde ocho bits hasta treinta ydos bits en paralelo.

Figura 4. 6 Esquema de una comunicación de bits serie-paralelo-serie

Por la importancia que representa la integración de las diferentes etapas queconforman la transferencia de datos de ocho bits, aquí abordaremos el métodode comunicación paralelo puesto que será parte constitutiva del proyectopropuesto.


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La figura 4.7 muestra el puerto paralelo de una típica PC que utiliza un conectorhembra del tipo D de 25 alfileres (DB-25 S).

Figura 4. 7 Conector centronics tipo DB-25 hembra y macho.

CAPITULO 4 IMPLEMENTACIÓN DEL SISTEMA DE CONTROL_________________________________________________________________________

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Figura 4. 8 Diagrama a Bloques del sistema de control.


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Otra finalidad que se persigue al incluir el sistema de comunicación paralelo en elprototipo, es la de proporcionar un medio para poder estudiar y practicar en el.

El programa elegido para el diseño y la simulación de los circuitos electrónicos queconforman las etapas de control del prototipo, fue realizado en Protel, por lo que lainformación técnica correspondiente a cada una de las etapas de los circuitoselectrónicos que se muestra en este informe, es presentada en forma deesquemáticos y PCB.

Protel es uno de los paquetes de programas enfocados al diseño de circuitos máscompleto, debido a que permite capturar, simular, verificar e implementar diseñoselectrónicos para circuitos impresos (PCB) y para la plataforma FPGA (Fieldprogrammable gate array), que trata de dispositivos electrónicos digitalesprogramables de muy alta densidad.

En la figura 4.9, se muestran dos típicas pantallas de diseño (circuito esquemáticoy PCB), que normalmente se obtienen cuando se trabaja con Protel.

Figura 4. 9 Pantallas de diseño de circuitos con Protel.

El diseño de los circuitos de interfase pertenecientes al protocolo de comunicaciónparalelo, se realizó considerando las diferentes etapas que lo conforman, iniciandodesde la PC hasta las salidas de control para los actuadores y entradas de lasseñales enviadas desde los sensores. Los detalles se muestran en la figura 4.10.

El protocolo de comunicación paralelo entre la PC y el resto del sistema, fuediseñado y construido por etapas (bloques) tal como se observa en la figura 4.10.

El flujo de señales entre las diferentes etapas del sistema es bidireccional, debidoa que las instrucciones y datos que parten de la computadora fluirán hacia la etapade salida (actuadores y potencia), mientras que las señales detectadas por lossensores ubicados en la etapa de salida fluirán hacia la PC.


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Figura 4. 10 Esquema a bloques del Sistema de Comunicación Paralelo

La computadora mediante del puerto paralelo se conectará a la etapa de entrada através de un conector DB25 y un cable tipo centronic. Las señales de control ymonitoreo son tratadas en esta primera etapa con la finalidad de adecuarlas a lascondiciones de trabajo de la PC y del resto del sistema.

En esta misma etapa se encuentra una tarjeta de monitoreo cuya finalidad es la deobservar el tráfico de señales que fluyen por los circuitos a través de indicadoresluminosos (Led´s).

En la etapa de selección se localiza un circuito electrónico (selector) cuya funciónes permitir elegir el tipo de comunicación a usar (paralelo, serie, USB oinalámbrica) y mediante una interruptor de dos polos cinco tiros, se visualiza laopción elegida mediante unos led´s que iluminan el nombre de la comunicación aelegir (ver anexo 1.2).

Otra sección identificada como preselectora se encarga de direccionar lacomunicación mediante un bus donde acondicionadores electrónicos llamadosBuffers, restablecen las señales. Esto se logra mediante el circuito selector querecibe la señal del interruptor de dos polos cinco tiros, activa los bufferscorrespondientes a la comunicación paralelo y bloquea las opciones restantes.

Finalmente la etapa de salida está integrada por tres secciones muy importantesque se describen a continuación:


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a).- La sección de sensores; donde se conectan los elementos que detectan lascondiciones del proceso, cuyas señales representan una retroalimentación quetoma el sistema de control para mantener estables las condiciones del proceso.

b).- La sección de actuadores, donde se conectan los servomotores quecontrolarán el paso de las piezas según las características particulares solicitadaspor el programa de control.

c).- La sección de potencia, donde se conectan y controlan los motores quemueven a las bandas.

Debido a la construcción modular del sistema de comunicación paralelo, setomaron en cuenta los siguientes aspectos que nos permitieron diseñar y realizarpruebas para la puesta en marcha de esta etapa:

• La programación del proceso de ensamble de las piezas desde la PC.• La programación de los microprocesadores de cada subsistema.• Monitorear y analizar las señales que fluyen en cada subsistema de

control.• Verificar algunos aspectos teóricos de la comunicación paralelo, mediante

el análisis de componentes y señales directamente desde las tarjetaselectrónicas.

4.3 Interfaz de comunicación del puerto Serie

Para conseguir que dos dispositivos se comuniquen entre si, es necesario contarcon un medio de comunicación además de un lenguaje o protocolo común entreambos elementos.

Un puerto serie es una interfaz de comunicaciones entre computadoras yperiféricos en donde la información es transmitida bit a bit enviando un solo bit a lavez, en contraste con el puerto paralelo que envía varios bits a la vez.

La forma más común de establecer esta comunicación es utilizando lacomunicación de datos en serie, que consiste en la transmisión y recepción depulsos derivados de señales digitales, que viajan a una misma velocidad una trasotra en paquetes, generalmente de 8 bits.

El transmisor envía pulsos que representan el dato enviado a una velocidaddeterminada, y el receptor detecta dichos pulsos a esa misma velocidad, lo cual seconoce como una técnica de comunicación serie asíncrona.


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El prototipo cuenta con dos dispositivos conectados que intercambian datos a unavelocidad de 9600 bits por segundo (también llamados baudios), el receptorcaptura el voltaje que le está enviando el transmisor, y cada 1/9600 de unsegundo, interpreta dicho voltaje como un nuevo bit de datos.

Si el voltaje tiene valor alto (+5v), interpretará el dato como 1, y si tiene valor bajo(0v), interpretará el dato como 0, de esta forma, interpretando una secuencia debits de datos, el receptor puede obtener el mensaje transmitido.

Los dispositivos electrónicos usan números para representar en bytes caracteresalfanuméricos (letras y números), para ello se utiliza el código estándar llamadoASCII (enlace), el cual asigna a cada número o letra el valor de un bytecomprendido entre el rango de 0 a 127 (valor decimal) o en combinaciones de bits(00000000 a 11111111).

El código ASCII es utilizado en la mayoría de los dispositivos como parte de suprotocolo de comunicaciones serie.

Por lo tanto, si se requiere enviar el número 90 desde un dispositivo a otro.Primero, se convierte el número desde su formato decimal a su formato binario(En binario 90 es 01011010 que corresponde a 1 byte).

De esta manera, el correspondiente dispositivo lo transmitiría como secuencia depulsos según se muestra en el siguiente gráfico (Figura 4.11).

Figura 4. 11 Grafico de la transmisión de un dato en serie

Otro punto importante, es determinar el orden de envío de los bits, normalmente,el emisor envía en primer lugar, el bit con más peso (o más significativo) y porúltimo el de menos peso (o menos significativo) del formato binario.

Entonces, para que sea posible la comunicación serie, ambos dispositivos debenconcordar en los niveles de voltaje (High y Low), en la velocidad de transmisión, yen la interpretación de los bits transmitidos, es decir, deben de tener el mismoprotocolo de comunicación serie (conjunto de reglas que controlan la secuencia demensajes que ocurren durante una comunicación entre dispositivos).


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Generalmente se usa el protocolo serie llamado RS-232 e interfaces (conectoresvs puertos serie) que utilizan dicha norma (ver figura 4.12). El puerto serie RS-232(también conocido como COM) por excelencia es el que utiliza cableado simpledesde 3 hilos hasta 25 y que conecta computadoras o microcontroladores a todotipo de periféricos, desde terminales a impresoras y módems pasando por ratones.

El RS-232 original tenía un conector tipo D de 25 alfileres, sin embargo la mayoríade dichos alfileres no se utilizaban, por lo que IBM incorporó desde su PS/2 unconector más pequeño de solamente 9 alfileres que es el que actualmente seutiliza (figura 4.13).

Hasta no hace mucho, la mayoría de las PC’s utilizaban el estándar RS-232 parala comunicación serie, como en nuestro caso, pero actualmente las PC’s estánadoptando otras formas de comunicación serie, tales como USB (Bus SerieUniversal), y Firewire, que permiten una configuración más flexible y velocidadesde transmisión más altas.

Figura 4. 12 Comunicación serie a tres hilos Full Dúplex.

Para conectar un dispositivo a una PC (o sistema operativo) se requiereseleccionar un puerto serie y el cable apropiado para conectar al dispositivo serie.

Figura 4. 13 Puerto serie RS-232 en PC (versión de 9 alfileres DB-9)

El diseño del sistema de comunicación serie del prototipo se realizó considerandolos aspectos teóricos anteriores y otros más profundos que se describirán en elcapítulo siguiente.


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El diseño se realizó por etapas, considerando la funcionalidad que pueden ofreceralgunos de los módulos o tarjetas al ser empleadas en diferentes protocolos decomunicación, tal es el caso de la etapa de selección y la etapa de salida diseñaday construida para el prototipo.

El diagrama a bloques que muestra la integración por etapas del correspondientesistema de comunicación se muestra a continuación (figura 4.14).

Figura 4. 14 Sistema de comunicación serie.

El primer bloque después de la PC, es una etapa de entrada/salida conformadobásicamente por un circuito de interfase serie, donde se emplea un PIC pararealizar la función del protocolo de comunicación conjuntamente con un circuitointegrado (MAX 232), especialmente útil para la comunicación serie.

El PIC también realiza la función de control de los motores de las bandas con lasseñales provenientes desde la PC conjuntamente con un programa residente en lamemoria del componente, esto se describe con más detalle en el capítulosiguiente.

Como ya se explicó anteriormente, las etapas de selección y salida son comunesen todos los protocolos de comunicación del prototipo, y en este casocomplementan el sistema de comunicación serie.


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4.4 Interfaz de comunicación del puerto USB

El tercer método de comunicación con la PC aplicado en el prototipo, es el puertoUSB (Bus Universal Síncrono), considerado como el más actual y ampliamenteutilizado para conectar diferentes periféricos de entrada y salida, es por ello que elsistema mecatrónico fue hecho también motivado en la comunicación con elpuerto USB (ver figura 4.15).

El estándar incluye la transmisión de energía eléctrica al dispositivo conectado.Algunos dispositivos requieren una potencia mínima, así que se pueden conectarvarios sin necesitar fuentes de alimentación extra.

La mayoría de los concentradores USB incluyen fuentes de alimentación quebrindan energía a los dispositivos conectados a ellos, pero algunos dispositivosconsumen tanta energía que necesitan su propia fuente de alimentación.

Los concentradores con fuente de alimentación pueden proporcionarle corrienteeléctrica a otros dispositivos sin quitarle corriente al resto de la conexión (dentrode ciertos límites).

El diseño del USB tenía como objetivo eliminar la necesidad de adquirir tarjetasseparadas para poner en los puertos bus ISA o PCI, y mejorar las capacidadesplug-and-play permitiendo a esos dispositivos ser conectados o desconectados alsistema sin necesidad de reiniciar.

Cuando se conecta un nuevo dispositivo, el servidor lo enumera y agrega elsoftware necesario para que pueda funcionar.

El USB puede conectar diversos periféricos como mouse, teclados, escáneres,cámaras digitales, teléfonos celulares, reproductores multimedia, impresoras,discos duros externos, tarjetas de sonido, sistemas de adquisición de datos ycomponentes de red.

Como ya se mencionó anteriormente, las acciones del proceso de ensamble delprototipo no se efectúan únicamente con el puerto paralelo y el puerto serial,también se realizan con el puerto USB, por lo que se requiere del diseñoespecifico de una interfaz especial para poder controlar las señales que procedende las salidas o de las señales de entrada a la PC. El esquema a bloques delsistema de comunicación por el puerto USB, se muestra en la figura 4.15.


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Figura 4. 15 Diseño del sistema de comunicación por USB.

La interfaz USB diseñada y construida para el prototipo incluye unmicrocontrolador el cual requiere de un lenguaje de comunicación específico queinteractúa con la PC y las etapas restantes del sistema, sin embargo no existesuficiente información libre con respecto a la interfaz, no obstante se tuvo queinvestigar en artículos, en algunas páginas de Internet y realizar pruebas paradesarrollar un software y un hardware básico para satisfacer las necesidadesrequeridas (ver bibiografía).

El resto de las etapas son comunes para los dos sistemas de comunicacióndescritos anteriormente.

Generalmente los microcontroladores emplean para su programación el lenguajeensamblador (lenguaje de bajo nivel), pero por lo complicado de este lenguaje,toda la programación se ha realizado en lenguaje C cuyas características yventajas ayudan a simplificar la tarea de programar, permitiendo ahorrar pasos ysobre todo, facilitar el trabajo cuando se requiere de manipular registros.

Si se requiere realizar la programación de los microcontroladores PIC en unlenguaje como el C, es preciso utilizar un compilador de C. Dicho compiladorgenera ficheros en formato Intel-hexadecimal, que es el necesario para programar(utilizando un programador de PIC) un microcontrolador de 6, 8, 18 ó 40terminales.


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La opción de programar en C se debe al hecho de que los microcontroladores ydsPic se diseñan con un repertorio de instrucciones optimizado para suprogramación en C, y la facilidad en el desarrollo de programas mas complejos.

Durante mucho tiempo, la programación en C cargaba con el lastre de laoptimización y necesidad de memoria, pero los compiladores han idoevolucionando hacia una mayor optimización que junto con el aumento dememoria de los PIC permite de sobra en la mayoría de los casos la programaciónen C. El compilador de C empleado es de Custom Computer Services (CCS) paraPIC’s

El compilador produce tres tipos de archivos. Archivos con extensión .hex que lepermitirá grabar el programa ejecutable en el PIC por medio del uso de unprogramador. El archivo con extensión .asm contendrá un listado en assembler delprograma compilado con la información del mapeo de memoria.

Estos archivos son muy útiles para el debugging de los programas y paradeterminar la cantidad de pasos de programas (ciclos de ejecución) tiene laaplicación. Los archivos con extensión .pre contienen la informaciónpreprocesada del programa, #defines, #includes, etc. la cual es expandida yguardada en el archivo.

Es el lenguaje que utilizan aquellas personas que le gusta desarrollar en bajonivel con los recursos de un lenguaje de alto nivel como el C. Se recomienda serutilizado por personas vinculadas con la programación y sintaxis de C.

Beneficios:

• Esta basado en el ANSI C.

• Soporte completo de la familia de microcontroladores PIC de 14 bit.

• Soporta interrupciones.

• Tipos de datos 8 y 16 bit - int, char, long, pointers, unsigned, etc.

• Inserción de código ensamblador - asm( );

• Todos los operadores aritméticos - incluyendo multiplicación,

división, modulo y otros.

• Las variables y funciones no utilizadas son borradas

automáticamente.

• Reutilización de ram.

• Instrucciones simples en español.


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• Dispositivos soportados: 16F84, 16C83, 16C554, 16C556, 16C558,

16C61, 16C62, 16C620, 16C621, 16C622, 16C63, 16C64, 16C641,

16C642, 16C65, 16C66, 16C661, 16C662, 16C67, 16C71, 16C710,

16C711, 16C715, 16C72, 16C73, 16C74, 16C76, 16C77, 16C9xx,

14C000,16CE623, 16CE624, 16CE625, 12C671, 12C672, 12C673,

12C674, 16F873, 16F874, 16F876, 16F877, 18F4xx.

Desventajas:

• Los programas al compilarlos pueden resultar un poco extensos ypesados por ello debe tenerse en cuenta la capacidad de memoriade programa del PIC a utilizar.

• Con este lenguaje tampoco se puede controlar del todo, los tiemposy los registros bit a bit.

4.5 Interfaz de comunicación Inalámbrica.

La comunicación inalámbrica (inglés wireless, sin cables) es el tipo decomunicación en la que no se utiliza un medio de propagación físico, sino se utilizala modulación de ondas electromagnéticas, las cuales se propagan por el espaciosin un medio físico que comunique cada uno de los extremos de la transmisión.

En general, la tecnología inalámbrica utiliza ondas de radiofrecuencia de bajapotencia y una banda específica, de uso libre para transmitir, entre dispositivos.

Estas condiciones de libertad de utilización, sin necesidad de licencia, hapropiciado que el número de equipos, especialmente computadoras, que utilizanlas ondas para conectarse, a través de redes inalámbricas haya crecidonotablementeLa tendencia a la movilidad y la universalidad hacen cada vez más utilizados lossistemas inalámbricos, y el objetivo es ir evitando los cables en todo tipo decomunicación, no solo en el campo informático sino en otras áreas tales comotelevisión, telefonía, seguridad, automatización de viviendas (domótica), etc.

Un fenómeno social que ha adquirido gran importancia en todo el mundo comoconsecuencia del uso de la tecnología inalámbrica son las comunidades wirelessque buscan la difusión de redes alternativas a las comerciales.


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El sistema inalámbrico únicamente incluye el control ON-OFF de los actuadores(motores de c.d. y servomotores) desde un teclado operado a distancia. Acontinuación en la figura 4.16, se muestra la etapa de comunicación inalámbrica.

Figura 4. 16 Esquema del sistema de control inalámbrico.

Las señales del teclado son comunicadas a la primera etapa del procesador deseñales, donde son recibidas por un PIC cuya función es convertir las señales (enconteo binario), para posteriormente enviarlas al codificador donde son montadassobre una señal de radiofrecuencia y mediante el transmisor enviadas a la antena.

El receptor recoge las señales captadas por la antena y las envía al procesador deseñales, donde el decodificador recupera únicamente señales originales y lasenvía a un PIC, el cual hace que mediante su programación controle el arranque yparo de cada actuador. Este receptor tiene una frecuencia de operación de315MHz y una modulación tipo ASK (Amplitude-shift keying) modulación pordesplazamiento de amplitud. En el anexo 2.8 se describen sus parámetros deoperación

En el capítulo siguiente se describen cada uno de los circuitos electrónicos que sediseñaron para realizar las funciones de comunicación y control.

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CAPITULO 5 EVALUACIÓN DELAS ETAPAS DE CONTROL

EVALUACIÓN DE LAS ETAPAS DE CONTROL

En este capítulo, se hace una breve descripción de los circuitos electrónicos queintegran cada etapa, presentando un análisis generalizado del comportamiento delos circuitos electrónicos que constituyen las diferentes interfaces de control,pretendiendo con esto que el lector tenga una idea mas concreta delfuncionamiento de cada etapa.

Inicialmente se hace una descripción teórica del funcionamiento de cada sistemade comunicación empleado en el prototipo (paralelo, serie y USB), así como elcontrol inalámbrico y posteriormente se describen los circuitos básicos de control.

Existen dos métodos primordiales para la transmisión de datos mediante lascomputadoras modernas. En un esquema de transmisión de datos en paralelo, undispositivo envía datos a otro a una tasa de n número de bits a través de n númerode cables a un tiempo, mientras que en un esquema de transmisión de datos enserie un dispositivo envía datos a otro a razón de un bit a la vez a través de uncable serial RS232.

5.1 Comunicación y control por el puerto paralelo

La comunicación a través del puerto paralelo entre dos puntos es muy populardebido a que se envían datos en formato paralelo (donde 8 bits de datos, formanun byte, y se envían simultáneamente sobre ocho líneas individuales en un solocable para tipo impresora DB25).

Este puerto dispone de tres registros de 8 bit cada uno (un byte) donde cada unode estos registros se les conoce como puertos, y cada uno de sus bits, representaun alfiler (punto de conexión) determinado del puerto. La figura 5.1 muestra laforma de los conectores usados en el puerto paralelo.

Figura 5. 1 Conectores DB-25 usados en el puerto paralelo.

CAPITULO 5 EVALUACIÓN DE LAS ETAPAS DE CONTROL________________________________________________________________________

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Por otro lado, en la figura 5.2, se muestra la configuración del puerto paralelo deuna PC, donde se aprecia cada uno de los registros, sus bits y los alfileresasignados.

Figura 5. 2 Imagen de un conector hembra DB-25.

Para controlar dispositivos externos desde la PC, se requiere hacer uso de lospuertos y sus correspondientes direcciones, por lo que es un requisito básico tenerconocimiento de las características de cada uno.

Puerto de datos (Pin 2 al 9): La dirección que corresponde a este puerto es la 888y es de solo escritura, por este registro se envían los datos al exterior de la PC.Por este puerto, nunca se deben enviar datos desde el exterior hacia la PC,debido a que sufriría un daño irreparable, siempre es aconsejable proteger elpuerto mediante optoacopladores o buffers.

Puerto de estado (Pin 15, 13, 12, 10 y 11): En este caso al puerto de estado, lecorresponde la dirección 889 y es de solo lectura, siendo favorable para que la PCreciba señales eléctricas desde el exterior, de este registro solo se utilizan loscinco bits de más peso, que corresponden a los bits 7, 6, 5, 4 y 3, teniendo encuenta que el bit 7 funciona en modo negado.

Puerto de control (Pin 1, 14, 16 y 17): La dirección que corresponde a este puertoes la 890, y permite leer y escribir, es decir, que se pueden enviar o recibir señaleseléctricas, según sean las necesidades. De los 8 bits de este registro, los primeroscuatro se consideran de menor peso (el 0, 1, 2 y 3), con la importantecaracterística de que los bits 0, 1, y 3 son inversos.

Algunas ventajas que se podrían considerar del puerto paralelo son:

• Rápida transferencia de datos.• Configuración consistente de cables.• Amplia compatibilidad de plataformas


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Se podría pensar que la capacidad de transferencia rápida de información es detanta importancia que todas las impresoras deberían usar puertos paralelos peroello tiene ciertas desventajas:

• Las conexiones paralelas causan más problemas.• Sufren por malos contactos eléctricos.• Son más frágiles.• 10 metros de longitud máxima del cable con óptimo funcionamiento.• Los cables personalizados son difíciles de hacer.• Se está eliminando paulatinamente de muchas plataformas que adoptan

USB.

Como se ha mencionado anteriormente, uno de los medios de comunicaciónempleados para el control del sistema de ensamble desde una PC en el prototipo,es el paralelo, cuya configuración de los circuitos diseñados se describe poretapas a continuación:

Figura 5. 3 Esquema de la comunicación paralelo.

Como puede observarse en el diagrama a bloques de la figura 5.3, lacomunicación paralelo parte de la PC en sentido bidireccional, hacia una etapa deinterfaz paralelo, cuyos elementos se describen a continuación:

a).- Etapa de interfaz paralelo: Esta sección se encarga de restaurar las señalesque van de la PC mediante una etapa de buffers a los actuadores y las señalesque vienen desde los sensores hacia la PC, además de proteger al puerto deposibles cortos y así evitar daños al mismo (ver anexo 1.1).


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Esta etapa está integrada por dos secciones de buffers (CI 74HC541), cuyafunción es restaurar las señales de entrada/salida y aislar la PC del circuito demonitoreo.

En la figura 5.4 se observa la interfaz para ocho actuadores que permiteúnicamente la transferencia de datos de la PC hacia la etapa siguiente, nunca ensentido contrario, ya que la sección de buffers a través de la señal de habilitacióndel tercer estado conectado a tierra, pone permanentemente en estado deconducción el buffer.

Figura 5. 4 Interfaz de actuadores puerto paralelo.

La interfaz del puerto paralelo, también contiene una sección de buffers destinadaal acondicionamiento de las señales provenientes de los sensores y que se dirigena la PC (ver figura 5.5).


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Figura 5. 5 Interfaz de sensores puerto paralelo.

El circuito electrónico para dos señales de la interfaz para el puerto paralelo seresume como se observa en la siguiente figura 5.6.

Figura 5. 6 Interfaz para el puerto paralelo simplificada.

b).- Etapa de Monitoreo: En esta sección, se monitorean las señales que van a losactuadores mediante led’s (BAR-10UR) y las que vienen de los sensores.


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Figura 5. 7 Monitoreo de señales de actuadores.

Las señales que vienen de los sensores, únicamente son monitoreadas a travésde una serie de leds, mientras que las señales que corresponden a losactuadores, pasan a través de un buffer (74HC541), para restablecer los nivelesde voltaje requeridos como medida de precaución, en caso de que las señalessufran atenuaciones y después son exhibidas a través de una barra de leds.

Esta sección consta de un bloque de buffers de tres estados (ver figura 5.7),destinado a reforzar y acondicionar las señales provenientes de la interfaz(actuadores).

Los primeros cuatro bits se bifurcan hacia cuatro alfileres RA0, RA1, RA2 y RA3ubicados en el puerto de entrada de un PIC 16F628A y hacia una barra de led’sBAR-10UR.


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Los cuatro bits restantes provenientes de la interfaz (actuadores), simplementeson enviados a la barra de led’s para ser monitoreados y también son exhibidos enla pantalla de monitoreo de la PC, figura 5.9 (etapa de actuadores A5, A6, A7 yA8).

El PIC 16F628A con los cuatro bits de entrada y mediante un programapreviamente almacenado en memoria, que se lista y explica en el anexo1.1,genera señales fijas de modulación de ancho de pulso (PWM), freno, arranque ysentido de giro para controlar a través de una etapa de potencia, la velocidad, girode izquierda a derecha y arranque o paro de los dos motores que se encargan demover las bandas.

En la figura 5.8, se muestra el circuito electrónico simplificado de control para elmotor 1. Las señales provenientes de los actuadores desde la interfaz paralelo,llegan al buffer 78HC541 en las terminales 2 y 3, con el propósito de restablecerdichas señales, las cuales se conectan a la barra de leds y a las terminales deentrada 17 y 18 del PIC 16F628A, en cuya memoria se aloja un programa paraque proporcione a través de las terminales 6 y 7 un estado alto o bajo para ladirección o freno respectivamente.

La frecuencia de PWM ya esta preestablecida porque es la que servirá dereferencia para que el motor gire a una velocidad preestablecida (a 24Volts). Estefactor de frecuencia se deduce del hecho de que los motores trabajan a ciertafrecuencia, llamada frecuencia natural de oscilación, la cual para estos motores esde 19500Hz

En las terminales del PIC 6 y 7, se obtienen las señales que utilizará el motor parafrenar o invertir su sentido de giro, siguiendo el patrón de bits de la tabla 2 que semuestra a continuación.

RA0 RA1 Efecto0 0 Frenado0 1 Sentido de giro CW1 0 Sentido de giro CCW1 1 Frenado

Tabla 2. Configuración para el control de los motores.

El esquema simplificado de los elementos que integran la etapa de monitoreo semuestran en la figura 5.8. Solo se muestran los dos primeros bits de los cuatrodestinados al control de los dos motores que mueven a las bandas, un bit mas queva al actuador 5 y finalmente un bit proveniente del sensor 1.


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Figura 5. 8 Circuito simplificado de la etapa de monitoreo.

El microcontrolador genera las señales de frenado y dirección para cada motor delas bandas (BRK1, DIR1, BRK2 y DIR2 de la etapa de actuadores), de tal maneraque seleccionando un control virtual en una pantalla diseñada en Visual Basicdesde la PC (ver figura 5.9), se envía un patrón de bits para que el PIC puedacontrolar inversión de giro y frenado de cada motor de c.d.

Desde la pantalla diseñada para el puerto paralelo que se observa en la figura 5.9,se monitorean las señales provenientes de los sensores y actuadores (indicadoresluminosos ubicados en la etapa de sensores y la etapa de actuadores), y ademásse envían las señales para controlar los actuadores y motores de las bandas,desde los controles virtuales situados en la sección de motores y en la sección deactuadores.


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Figura 5. 9 Pantalla de monitoreo y control del puerto paralelo.

c).- Etapa del selector electrónico: En esta sección se lleva a cabo la selección delmodo de comunicación a usar (serie, paralelo ó USB).

Esta etapa está integrada por buffers de tres estados, los cuales permiten el pasode las señales al activar el tercer estado. Esta activación se hace aplicando unnivel bajo (cero lógico) al tercer estado.

Un interruptor de dos polos cinco tiros es el que manda los estados bajos quegobiernan la selección del modo de comunicación, también cuenta con una seriede Led´s que se iluminan para visualizar la correspondiente comunicación al modode operación seleccionado (Figura 5.10).

Al seleccionar el modo de operación mediante el interruptor de dos polos cincotiros, el circuito seleccionador energiza los Led´s que indican cada protocolo decomunicación, confirmando el modo de operación elegido y también envía unpatrón de bits a los habilitadores de los buffers, para activar los elegidos ydesactivar los que no corresponden al modo de operación deseado.


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Figura 5. 10 Circuito de la etapa de selección.

d).- Etapa de sensores: Esta sección se ocupa de acondicionar las señalesprovenientes de los sensores fotoeléctricos, inductivos y capacitivos encargadosdel reconocimiento de las piezas a ensamblar y que normalmente operan a 24volts de corriente directa, mientras que las señales que se emplean en lassecciones lógicas y en la computadora personal, requieren operar a 5 volts decorriente directa.

Figura 5. 11 Etapa de sensores.


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Tal como se observa en la figura 5.11, la etapa de sensores incluye una secciónde opto aisladores (CI PC817), cuyo objetivo es aislar eléctricamente lassecciones del selector y los sensores, como medida de precaución para evitardaños y disminuir el efecto del ruido eléctrico.

La comunicación es unidireccional en esta sección, ya que las señales generadasen los sensores, solo viajan hacia la computadora, nunca en sentido contrario.

Los sensores empleados son de diferentes tipos, (fotoeléctricos e inductivos deproximidad), por lo que también fue necesario acondicionar las entradasempleando en algunos casos relevadores.

Cada señal enviada por los sensores es acondicionada y monitoreada en estaetapa. En la figura 5.12 se muestra el circuito simplificado equivalente al sensor 1y el sensor 4 únicamente, para mayor comprensión del funcionamiento.

Figura 5. 12 Circuito acondicionador de señal de sensores.

e).- Etapa de Actuadores: Finalmente en la etapa de actuadores se incluye elcircuito de potencia encargado de controlar el arranque, paro, velocidad einversión de giro de los dos motores que mueven a cada una de las bandas delprototipo y el circuito de control para tres servomotores cuya función es la deseleccionar cada tipo de piezas a ensamblar y rechazar las piezas que no lograronensamblarse dentro del proceso.


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La etapa de potencia mostrada en la figura 5.13, incluye una sección de buffers noinversores para reforzar las señales provenientes de la etapa del selector, queposteriormente se conectan al puente H, para proporcionar la potencia suficienteque alimentará cada motor. Se incluyen dos indicadores luminosos para mostrarcuando el motor está girando.

Figura 5. 13 Etapa de potencia para motores de c.d.

Para el control de los motores que impulsan las bandas se emplea un puente H(LMD1200T), cuya principal función es la de regular la velocidad, frenado y sentidode giro de cada uno de dichos motores.

Al aplicar desde el PIC 16F628A (ubicado en la sección de monitoreo), las señalesadecuadas de modulación de ancho de pulso a una frecuencia fija, un bit para


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indicar el sentido de giro del motor y un bit de frenado (PWM, DIR y Brake) alpuente H, se ejercerá la acción de control en cada motor.

Cada motor (figura 5.14) tenderá a girar a la derecha cuando el pulso en laterminal DIR es alto, debido a que el control lógico del puente se configura paramantener cerrados los interruptores A1 y B2 (abiertos A2 y B1) figura 5.15.

Figura 5. 14 Motor impulsor de las bandas.

Cuando el pulso de dirección es bajo, el control lógico se configura para cerrar losinterruptores A2 y B1 (A1 y B2 abiertos), obligando al motor a girar en sentidocontrario. La figura 5.15 muestra esta acción.

Figura 5. 15 Puente H (LMD18200).

El tipo de motor empleado para impulsar las bandas (ver figura 5.16), es de unaconstrucción especial debido a que el estator está constituido de un potente imánpermanente, mientras que el rotor o armadura está constituido de bobinas que sonalimentadas con corriente directa a través de un conmutador y unas escobillas ocarbones.

Otra importante característica de este tipo de motor es un sistema de engranesque está acoplado al rotor o flecha y que lo hacen deseable por el alto par queproporciona y que fue un factor fundamental para su elección, debido a querequiere una potencia eléctrica de alimentación baja (12Volts y aproximadamente2.5 Ampers de c.d.). Esto permitió emplear una tarjeta de potencia integrada por


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un puente H LMD18200 y algunos otros componentes adicionales mostrados en lafigura 5.17, que finalmente resultó compacta y económica.

Figura 5. 16 Partes componentes del motor de c.d.

En la figura 5.17 se muestran las conexiones de los elementos adicionales paraconfigurar adecuadamente el puente H.

Figura 5. 17 Diagrama de conexiones del puente LMD18200.


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Los actuadores restantes empleados en el prototipo, son servomotores deradiocontrol alimentados con corriente directa que poseen tres terminales deconexión. Se emplean para impulsar fuera de las bandas a las piezasdiscriminadas por los sensores cuando no cumplen con las especificacionesdeseadas.

Un servomotor de este tipo se muestra en la figura 5.18, y es básicamente unmotor eléctrico que sólo se puede mover en un rango de aproximadamente 0 a180 grados (no pueden girar completamente como los motores normales).

Figura 5. 18 Aspecto físico de los Servomotores.

Las tres terminales de conexión se localizan en la parte superior del servomotor,donde el cable rojo se identifica como la alimentación de voltaje (+5V), el cable decolor negro indica la conexión a tierra (0V ó GND) y el cable blanco o amarillo esla terminal de control.

Figura 5. 19 Partes componentes de un servomotor.


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El servomotor consta básicamente de un motor de corriente directa, un circuitoelectrónico de control y un sistema de engranes como se muestra en la figura5.19.

Por el cable o conexión de control identificado con el color blanco o amarillo, se leindica al servomotor mediante un valor fijo de frecuencia pero con el ancho de lospulsos variables en tiempo (PWM) generados desde un microcontrolador 16F876,la posición en grados que debe adoptar el rotor del motor (de 0 grados a 180), talcomo se observa en las figuras 5.20 y 5.21.

Figura 5. 20 Tren de pulsos para control del servomotor.

Figura 5. 21 Ancho de pulsos y posición del servomotor.

En la figura 5.22 se muestra el esquema completo del circuito de la etapa deactuadores, el microcontrolador 16F876 previamente ha sido cargado con elprograma que controla los actuadores por lo tanto si llega un pulso constante en


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de 5 Voltios en RC0, RC1 y RC2, entonces en RB0, RB1 y RB2 tendremos unafrecuencia constante la cual posicionara a los servomotores a su estado neutro(aproximadamente 1500us), es decir a su posición inicial. Si en RC0, RC1 y RC2,cambia a un estado bajo (0Volts) entonces en RB0, RB1 y RB2 cambiara lafrecuencia (aproximadamente 3000us) y moverá los motores aproximadamente90°. El actuador 4 se accionara solo cuando llegue un estado alto (5V) y eltransistor TIP 120 entrara en un estado de saturación el cual accionara elrelevador, esta parte se diseño pensando en conectar un motor de 120V por si sellegara a utilizar.

Figura 5. 22 Diagrama esquemático de la etapa de actuadores

En la sección de anexos 1.6 se detalla el programa de control del PIC16F876 paralos servomotores. Los diagramas esquemáticos correspondientes a lacomunicación paralelo se incluyen en la sección de anexos.

5.2 Comunicación y control por el puerto serie

Otro de los protocolos de comunicación con que cuenta el prototipo es lacomunicación por el puerto serie entre una PC y un microcontrolador, para ejerceracciones de control en el proceso de ensamble de las piezas a través de lossensores y actuadores del sistema.


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Algunas de las principales características de la comunicación serie son:

• Los datos se envían bit a bit por una misma línea y durante un tiempo fijo.• La velocidad de transmisión que se refiere al número de bits enviados por

segundo (baudios).• La transferencia síncrona, donde se envía una señal de reloj para sincronizar

cada bit.• La transferencia asíncrona donde no se envía señal de reloj alguna. Se necesitan

relojes en el emisor y en el receptor de la misma frecuencia y en fase.

El puerto serie envía y recibe bytes de información un bit cada vez, sin embargo,aun y cuando esto es más lento que la comunicación en paralelo, que permite latransmisión de un byte (8 bits) cada vez, este método de comunicación es mássencillo y puede alcanzar mayores distancias. Por ejemplo, la especificación IEEE488 para la comunicación en paralelo, determina que la longitud del cable para elequipo no puede ser mayor a 2 metros, por otro lado, utilizando comunicaciónserie la longitud máxima del cable puede llegar hasta 1200 metros.

Figura 5. 23 Transmisión serie síncrona.

Típicamente, la comunicación serial se utiliza para transmitir datos en formatoASCII. Para realizar la comunicación se utilizan 3 líneas de transmisión: (1) Tierra(o referencia), (2) Transmitir, (3) Recibir.

Debido a que la transmisión es asincrónica, es posible enviar datos por una líneamientras se reciben datos por otra. Para que dos puertos se puedan comunicar, esnecesario que las características sean iguales.

El RS-232 (Estándar ANSI/EIA-232) es el conector serial usado en las PC’s IBM ycompatibles, para una gran variedad de propósitos tales como, conectar un ratón,impresora o modem, así como instrumentación industrial y gracias a las mejorasque se han ido desarrollando en las líneas de transmisión y en los cables, existenaplicaciones en las que se aumenta el desempeño de RS-232 en lo que respectaa la distancia y velocidad del estándar.

El RS-232 está limitado a comunicaciones de punto a punto entre los dispositivosy el puerto serial de la computadora y según los fabricantes de este hardware RS-


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232, se puede utilizar para comunicaciones seriales en distancias de hasta 50pies.

Para el diseño y la construcción de las etapas de comunicación del prototipo seconsideró una importante interfaz muy usada actualmente en funciones de controlpara dispositivos periféricos; la interfaz serie.

La comunicación serie diseñada para el prototipo mostrada en la figura 5.24, estáintegrada por cuatro etapas básicamente, de las cuales dos son comunes con lacomunicación por el puerto paralelo y el puerto USB. Este último se describiráposteriormente.

Figura 5. 24 Bosquejo del sistema de comunicación por el puerto serie.

a).- Interfaz serie. Esta etapa está constituida fundamentalmente por una secciónque completa el protocolo de comunicación entre la PC y el resto del sistema, labase es un circuito integrado MAX 232N, encargado de completar la transmisión yrecepción de información.

En esta misma etapa se incluye un microcontrolador (PIC 16F877A), encargadode generar las señales que controlarán los motores de las bandas y separar lasseñales que corresponden a los sensores y actuadores, para enviarlas a la etapade buffers siguiente. Para mayores detalles consultar el circuito esquemáticocorrespondiente en la sección de anexos.

El circuito integrado MAX232N cambia los niveles TTL a los del estándar RS-232cuando se hace una transmisión, y cambia los niveles RS-232 a TTL cuando setiene una recepción.


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Este circuito integrado soluciona los problemas de niveles de voltaje cuando serequiere enviar señales digitales sobre una línea RS-232.

El MAX232 se usa en aquellas aplicaciones donde no se dispone de fuentesdobles de +12V; por ejemplo, en aplicaciones alimentados con baterías de unapolaridad.

El MAX232 necesita solamente una fuente de +5V para su operación; un elevadorde voltaje interno convierte el voltaje de +5V al doble de polaridad de +-12Vcc. Acontinuación en la figura 5.25, se muestra la estructura interna del MAX232 yalgunas de sus características internas.

Figura 5. 25 Estructura interna del MAX232.

Las conexiones básicas desde el puerto serie de la PC hacia la interfaz serie serealiza mediante un cable con conectores DB9 y el circuito básico de conexionesen la primera etapa se muestra a continuación en la figura 5.26.


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Figura 5. 26 Circuito básico de comunicación mediante el MAX232.

El protocolo de comunicación entre la PC y la interfaz serie se establece medianteun circuito integrado MAX232, este esta situado dentro de la interfaz.

Figura 5. 27 Pantalla de control para la comunicación serie.


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Por otro lado, el microcontrolador 16F877A completa el lazo de control con unapantalla diseñada en Visual Basic específicamente para el puerto serie (ver figura5.27), con la cual seleccionando un control virtual con el mouse, se envía uncaracter (patrón de bits) al PIC, que mediante un programa previamentealmacenado en memoria, interpreta dichos caracteres y genera estados bajos yaltos a la salida del puerto del PIC para controlar los motores de corriente directay los actuadores.

El control lo realiza casi en su totalidad un PIC 16F877A, pues se encarga degenerar las señales (unos y ceros) para el arranque, paro, control de velocidad ysentido de giro de los motores de las bandas y manejar las señales que provienende los sensores para enviarlas a la PC.

b).- Etapa de buffers. En esta sección se reciben las señales provenientes de lasetapas anteriores y son restauradas, su tráfico se controla mediante los bitshabilitadores o selectores provenientes de la etapa del selector electrónico (verfigura 5.28).

Un total de tres circuitos integrados 74HC541 conforman la etapa de buffers noinversores. El primer bloque de buffers está dedicado a la sección de control delos dos motores de corriente directa, restaurando y manejando las señales demodulación de ancho de pulso, dirección y frenado.

En otro bloque de ocho buffers disponibles, se restauran y manejan únicamentecuatro señales que corresponden a la activación de los actuadores(servomotores).

En el tercer bloque de buffers no inversores, se restauran y controlan cincoseñales provenientes de la etapa de sensores. También se puede observar en lafigura 5.28, que la habilitación de los buffers se efectúa mediante un bit de controlproveniente de la etapa del selector electrónico aplicado al tercer estado de cadabloque.

Como ya se mencionó anteriormente, la etapa del selector electrónico y la etapade motores, sensores y actuadores, son comunes para los modos decomunicación serie, paralelo y USB. Por esta razón, no se explicarán los detallesconstitutivos y de funcionamiento para estas dos etapas, ya que se han explicadoampliamente en el modo de comunicación por el puerto paralelo.

Los diagramas de flujo y los programas de control para la comunicación y controlpor el puerto serie, se muestran en la sección 1.3 de los anexos.

Así mismo para consultar con más detalle cada una de las etapas que conformaneste modo de comunicación, es necesario referirse a la sección de anexos dondese localizan los diagramas esquemáticos correspondientes.


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Figura 5. 28 Conexiones de la etapa de buffers serie.


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5.3 Comunicación y control por el puerto USB

Este tipo de comunicación tiene varias ventajas en cuanto a la transferencia dedatos, debido a que actualmente casi la totalidad de las computadoras modernaslo traen integrado.

Este puerto de comunicación ha logrado un importante avance cuando se trata deconectar varios dispositivos externos, debido a que permite conectar un mayornúmero de ellos de manera simultánea y con una importante velocidad detransferencia.

El USB (Universal Serial Bus) permite conectar hasta 127 dispositivos y ya es unestándar en las PC’s de última generación, que incluyen al menos dos puertosUSB 1.1, o puertos USB 2.0 en las más actuales.

Las ventajas que ofrece este puerto de comunicación en comparación con otrotipo de protocolos se mencionan a continuación:

• Es totalmente Plug & Play, es decir, con sólo conectar el dispositivo y con laPC funcionando, el dispositivo es reconocido e instalado de manera inmediata,únicamente se requiere que el Sistema Operativo lleve incluido elcorrespondiente controlador o driver, lo que ya es posible para la mayoría deellos sobre todo si se dispone de un Sistema Operativo como por ejemploWindows XP, de lo contrario el driver le será solicitado al usuario.

• Posee una alta velocidad en comparación con otro tipo de puertos, USB 1.1alcanza los 12 Mb/s y hasta los 480 Mb/s (60 MB/s) para USB 2.0, mientras unpuerto serie o paralelo tiene una velocidad de transferencia inferior a 1 Mb/s. Elpuerto USB 2.0 es compatible con los dispositivos USB 1.1

• El cable USB permite también alimentar dispositivos externos a través de él,siendo el consumo máximo de este controlador de 5 volts. Los dispositivos sepueden dividir en dispositivos de bajo consumo (hasta 100 mA) y dispositivosde alto consumo (hasta 500 mA), para dispositivos de más de 500 mA seránecesario alimentación externa. Se debe tener en cuenta también que si seutiliza un concentrador y éste está alimentado, no será necesario realizarconsumo de energía del bus.

Hay que tener en cuenta que la longitud del cable no debe superar los 5 mts. yque éste debe cumplir las especificaciones del Standard USB iguales para la 1.1 yla 2.0.


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El puerto USB tiene la peculiaridad de conectar varios dispositivos a la vez. Paraconectar varios dispositivos USB es necesario un concentrador o HUB, de talforma que será el concentrador quién se conecte al puerto USB del PC, yalrededor del Hub se conecten los dispositivos. Estos dispositivos a su vez puedenactuar como HUB para otros dispositivos.

Los dispositivos USB 2.0 sólo pueden ser conectados a puertos USB 2.0 aunquelos dispositivos USB 1.1, sí pueden ser conectados a puertos USB 2.0 además delpropio USB 1.1

El puerto USB pertenece a un controlador físico que puede estar en la propiaplaca base o en una tarjeta de expansión. A este conector se le denominaconcentrador raíz y suele disponer de dos conectores.

Esto es importante, ya que no es lo mismo conectar dos dispositivos al mismocontrolador que cada uno de ellos a un controlador distinto: en el primer casodeben compartir el ancho de banda y en el segundo caso no, es decir, tanto elancho de banda como la alimentación deben ser repartidas entre todos losdispositivos conectados a un mismo bus.

El USB 1.1 es un bus externo que soporta tasas de transferencia de datos de 12Mbps y un solo puerto USB se puede utilizar para conectar hasta 127 dispositivosperiféricos, tales como ratones, módems, y teclados. El USB también soporta lainstalación Plug-and-Play y el hot plugging.

El puerto USB empezó a utilizarse en 1996, algunos fabricantes de computadorascomenzaron a incluir soporte para USB en sus nuevas máquinas. Con ellanzamiento de las PC’s Mac en 1998 el uso del USB se extendió. En un futurocercano, se espera que substituya totalmente a los puertos de serie y paralelo.

USB 2.0. También conocido como USB de alta velocidad, cuya especificación fuelanzada en abril del año 2000, actualmente es un bus externo que soporta tasasde transferencia de datos de hasta 480Mbps.

Hewlett-Packard, Intel, Lucent, Microsoft, NEC y Philips tomaron juntos la iniciativapara desarrollar una tasa de transferencia de datos más alta que la del USB 1.1para resolver las necesidades de ancho de banda de las nuevas tecnologías.

El diseño del sistema de comunicación por el puerto USB que emplea el prototipo,requirió de cuatro etapas básicas, tal como se observa en la figura 5.29, donde ladiferencia mas marcada comparativamente con los modos de comunicaciónanteriores, es la etapa de la interfaz USB, donde se requiere un microcontrolador18F4550 para cerrar el lazo de comunicación entre la PC y el resto del sistema.


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Figura 5. 29 Bosquejo del sistema de comunicación por el puerto USB.

En esta misma etapa de interfaz USB, se incluyó un sistema de monitoreo a basede dos bloques de barras de led’s (BAR-10UR), que muestran el tráfico de señalesde los dos motores que mueven a las bandas, los cuatro actuadoresdiscriminadores de piezas y los cinco sensores que detectan las condicionesexternas del proceso. Esto se muestra en la figura 5.30.

El tipo de comunicación por el puerto USB que se empleó en el prototipo pararealizar las funciones control, requirió de un programa para lograr la interacciónentre la PC y el resto de los dispositivos. También surgió la necesidad de empleardos recursos intermediarios mas que provee Microchip: el driver para Windows yun archivo de configuración dll (mpusbapi.dll).

En la PC se instaló primeramente el controlador o driver para Windows XP queofrece Microchip, el cual funciona como un puente entre el programa que sediseñó y el canal USB de la PC.

Considerando los parámetros anteriores, se logró conseguir el envío de comandose información al PIC y que este a su vez conteste oportunamente devolviendo loque corresponda. Para mayores detalles es necesario consultar el anexo 1.4donde se localiza el diagrama de flujo y el programa correspondiente.


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Figura 5. 30 Diagrama de conexiones de la Interfaz USB.

Para lograr el lazo de comunicación y control del puerto USB, se utilizó unmicrocontrolador, que cuenta entre sus características especiales con la inclusióndel hardware y el protocolo adecuado para establecer la comunicación a través delpuerto USB.

Se requirió de una programación especial para establecer el protocolo referido. Acontinuación se citan algunas funciones y códigos empleados en la programacióndel PIC.

Las funciones usb_init(), usb_task(), usb_wait_for_enumeration(),usb_enumerated(), usb_kbhit(), usb_get_packet() y usb_put_packet() estándesarrolladas en el driver que nos proporciona el compilador CCS C para elmanejo del USB 2.0 y vienen definidas e implementadas en los includespic18_usb.h, usb.c y usb.h que se encuentran en el directorio ..\Drivers de lainstalación del compilador CCS C.

Para contestar utilizaremos la función usb_put_packet() tal como hacemos alresponder al comando datouno, datodos, ets, en el que respondemos con


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usb_put_packet(1, datouno, 6, USB_DTS_TOGGLE); enviando el contenido dedatouno[ ].

Tal como en los dos modos de comunicación anteriores, también aquí se usaráuna pantalla de control diseñada con Visual Basic, para gobernar y monitoreartodos los elementos del proceso. Esta pantalla se muestra en la figura 5.31.

Figura 5. 31 Pantalla de control para la comunicación USB.

Para más detalles de conexión y programación, consultar los diagramasesquemáticos, los diagramas de flujo y la programación ubicados en el anexo 1.4.

5.4 Comunicación y control Inalámbrico

Este protocolo de comunicación, se basa principalmente en un transmisor y unreceptor inalámbrico complementado con una etapa de buffers, un selector y lasetapas de actuadores y motores, tal como se observa en la figura 5.32.


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Figura 5. 32 Esquema general del sistema de control inalámbrico.

Este modo de control, solo es posible operarlo mediante un teclado de ochointerruptores pulsadores de contacto momentáneo normalmente abiertoslocalizados en el transmisor, para enviar señales de control que activan los dosmotores que mueven a las bandas en ambos sentidos y cuatro actuadores(Servomotores de radiocontrol) que funcionan como discriminadores de piezas.

La comunicación es inalámbrica y unidireccional, es decir, que solo se puedenenviar señales del transmisor hacia el receptor, nunca en sentido contrario.

a).- Transmisor. Desde este dispositivo, se envían señales binarias codificadasque se montan en una señal de radiofrecuencia y se dirigen al receptor que seencuentra en la tarjeta de interfase.

En la etapa del transmisor se localiza un teclado integrado por ocho interruptorespulsadores, cuatro de ellos permiten seleccionar el arranque, paro e inversión degiro de los dos motores que impulsan las bandas y los cuatro restantes activan loscuatro actuadores restantes (servomotores).

Después de pulsar cualquiera de las teclas, la señal correspondiente llega a unode los puertos del PIC 16F628 que conjuntamente con un programa previamentealmacenado en memoria se encarga de generar señales de control y las envía alcodificador HT12E del transmisor, que a su vez se encarga de montar dicha


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información en una frecuencia de transmisión para enviarla al espacio mediante laantena.

Específicamente el circuito integrado HT12E, es un codificador que como ya semencionó, recibe señales digitales de nivel bajo de los pulsadores las codifica yposteriormente las envía por la terminal 17 DOUT (ver figura 5.33), hacia laterminal IN del transmisor, el cual monta dicha señal en una envolvente de RF y laenvía hacia la antena.

El circuito electrónico del transmisor de cuatro bits es identificado como TWS-B53tiene un alcance en lugares cerrados de aproximadamente 50 mts y es compatiblecon el uso de microcontroladores.

En el presente proyecto, se requieren manejar ocho bits (ocho pulsadoresnormalmente abiertos), por lo que fue necesario emplear un PIC 16F628 paramultiplexar las señales, es decir, emplear cuatro señales de entrada realizando unconteo binario y obtener cuatro señales de salida codificadas pero con el mismoconteo binario para ser enviadas a las entradas del codificador perteneciente altransmisor.

Para mayores detalles, consultar el diagrama esquemático correspondiente, losdiagramas de flujo o los programas de los microcontroladores, localizados en lasección de anexos.

Figura 5. 33 Circuito electrónico del transmisor.


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b).- Receptor. Esta etapa se encuentra inmersa en la sección de la interfaz y eldiagrama correspondiente se muestra a continuación.

Figura 5. 34 Circuito electrónico del receptor.

Las señales transmitidas, son captadas por la antena del receptor RWS-371-6 yenviadas por la terminal DO a la entrada del decodificador HT12D, el cual seencarga de separar las señales codificadas que son visualizadas en los leds (D8,D9, D10 y D11).

Este receptor se localiza en la tarjeta de interfaz del sistema controlado, pero escomplementado con un PIC16F628, quien se encarga de leer el código binario decuatro bits procedente del receptor y mediante un programa almacenado enmemoria, demultiplexa los cuatro bits a ocho bits que corresponden a las señalesgeneradas en el teclado del transmisor.

Cuando los ocho bits son recuperados, se envían a la etapa de buffers donde lasseñales se restablecen y posteriormente se envían a la sección de interfaces paralos actuadores y motores. En esta última etapa no se consideran los sensores yaque la comunicación por este protocolo, es en un solo sentido.

Finalmente, se enfatiza que este modo de comunicación solo nos permite controlara distancia los actuadores y motores, no permitiendo monitorear las señales de lossensores.


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Por lo que respecta a las etapas del selector electrónico y la interfaz de potenciapara motores y actuadores, no se describirán en esta sección, debido a que soncircuitos comunes usados en los modos de comunicación ya mencionados.

En la sección de anexos puede consultarse el diagrama esquemático para másdetalles referentes a este modo de control inalámbrico.

RESULTADO Y CONCLUSIONES________________________________________________________________________

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RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

Ø Resultados

Al término del presente proyecto se realizaron las pruebas pertinentes paraevaluar y probar el rendimiento del prototipo, comprobándose la eficiencia tanto enla parte mecánica como en la parte electrónica arrojando un resultado favorableque nos permitió cumplir con los objetivos que se plantearon originalmente.

Los parámetros que se tomaron en cuenta para la puesta en marcha del prototipofueron en un principio sencillos de imaginar, pero conforme se tenían avancestambién se tenían dificultades puesto que el comportamiento del prototipo en unprincipio era distinto al que se obtuvo al finalizar este, es decir, se efectuó laprueba de tarjetas electrónicas al vacío (sin carga de motores y actuadores)obteniéndose un desempeño adecuado a nuestras necesidades originales.

Cuando se realizó la misma prueba con carga de motores y de sensores setuvieron ciertos problemas con la parte electrónica. A continuación se mencionanlos parámetros y problemas que se suscitaron:

1. Carga de motores.

En este punto los motores originales no eran lo suficientemente aptos paramover las dos bandas principales que transportan las piezas, pues consumíanuna corriente de casi tres Ampers, esto implicaba el riesgo de dañar el puenteH que los controla, este circuito integrado tiene un limite de tres Ampers.

Para solucionar este problema se utilizaron motores de engranes planetariosque gracias a su caja reductora nos proporcionan un consumo de 0.5 Ampers yun muy buen torque del motor con carga.

En la figura 5.35 se muestra los motores que se sustituyeron por el original


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Figura 5. 35. Motores de engranes planetarios.

2. Ajuste de sensores.

Para ajustar los sensores se realizaron pruebas con las piezas simulando yaun proceso real, monitoreando a estos directamente en la PC.

En este tipo de ajustes se tienen que tomar en consideración la distancia,altura y tipo de material con respecto a la pieza a detectar, teniendo así querealizar la prueba de cada uno de los cinco sensores tomando enconsideración que dos son de tipo inductivo para la detección de las piezas demetal y tres de tipo reflectivo para la detección de presencia de la pieza.

En la figura 5.36 y 5.37 se muestran los dos tipos de sensores utilizados.


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Figura 5. 36 Sensor de tipo inductivo

Figura 5. 37 Sensor de tipo reflectivo.


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3. Ajuste de actuadores.

En este punto se tomaron en cuenta dos situaciones, la primera fue el ánguloen el cual el servomotor tenia que moverse para empujar o rechazar la pieza, yla otra fue la distancia que se le dio para darle el tiempo a la pieza para pasarpor el servomotor cuando este se accione, es decir que el servomotor seaccione antes que la pieza llegue hasta el.

En la figura 5.38 se muestra uno de los actuadores rechazando una de laspiezas

Figura 5. 38 Actuador trabajando

Después de haber solucionado y ajustado los puntos anteriores se procedió arealizar una rutina de control desde la PC comprobando resultados satisfactoriosal observar sin contratiempos el ensamblado de las piezas, así como su rechazosin ensamble.

En la figura 5.39 se muestra las piezas ya ensambladas al final del proceso.


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Figura 5. 39 Pieza ensamblada al final del proceso

Finalmente se muestra una vez concluido el proyecto los resultados que se dieronantes y después de finalizarlo. En la figura 5.40 se muestra el prototipo al concluirla parte mecánica, en la figura 5.41 se muestra la parte electrónica yafuncionando, y en la figura 5.42 se muestra el prototipo ya terminado.

Figura 5. 40 Prototipo finalizado por la parte mecánica


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Figura 5. 41 Tarjetearía electrónica funcionando

Figura 5. 42 Prototipo terminado


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Ø Conclusiones

En la realización del presente prototipo, varias fueron las inconveniencias que sepresentaron, iniciando desde la etapa del diseño de los circuitos, la instalación decomponentes, el diseño de las tarjetas, los ajustes y pruebas entre otros.

Todas las experiencias vividas han sido enseñanzas que no se aprenden desde lateoría simplemente, sino que forjan el carácter y la seguridad de los participantespermitiéndoles crecer en el plano profesional.

Cuando se tiene la entereza de desempeñar profesionalmente las funciones quecorresponden a nuestra labor de ingeniería, surgen las ideas para hacernos llegarlos medios técnicos y materiales que nos permitan cumplir con el compromisoadquirido y con el desempeño de nuestra profesión en beneficio de la sociedad.

Un ejemplo de ello es el diseño y la construcción del presente prototipo que seconsideró dentro de un programa de autoequipamiento, donde la inversión enmateriales y recursos fue siempre limitada, pero el ingenio y la necesidad desolventar los problemas y cumplir con los requerimientos solicitados, permitiósuperar los obstáculos y las carencias de elementos.

Por otro lado, existen algunos otros equipos mecatrónicos cuya función es similara la que desarrolla el prototipo descrito en este documento, sin embargo tienen uncosto elevado en el mercado común y sus características no siempre se amoldana las necesidades particulares que dieron origen al proyecto, sin mencionar que latecnología con que fueron construidos es cerrada, es decir, que no se tieneacceso completo a la tecnología con que fueron hechos, lo que nos hacedependientes de las compañías que los fabricaron, pues su mantenimiento yreparación generalmente resultan ser muy costosos.

Una herramienta de ayuda invaluable en el diseño y la construcción del equipo fuesin lugar a dudas el software empleado (Protel y Solid Works), que permitió enmuchas de las ocasiones simular el funcionamiento de los circuitos en la parteelectrónica y el montaje de las piezas en el caso de las partes mecánicas.

Otro aspecto importante que vale la pena mencionar, es que debido a lacomplejidad del sistema mecatrónico que se construyó, se requirió de un equipode profesionales en las especialidades de mecánica y electrónica, además delauxilio de Internet en la investigación de datos técnicos actualizados y el uso desoftwares especiales de apoyo. Esto nos lleva a concluir que en algunas empresasya se trabaja con equipos de trabajo multidisciplinarios en el desarrollo y laconcretización de proyectos mecatrónicos.

El presente prototipo es una muestra del trabajo en equipo donde cadaespecialista vierte su experiencia para el logro de un fin.

BIBLIOGRAFÍA________________________________________________________________________

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Alejandro Alonso Puig (2006). Libro Gordo de sitios de Robótica en Internet.Consultado en Enero 23, 2008 en http://www.mundobot.com/links/librogordo.htm

Carletti, Eduardo J. (2007). Comunicación RS232. Consultado en Noviembre 162007 en http://robots-argentina.com.ar/Prueba_PIC628-RS232.htm.

Echeverria, Gabriel (2007). USB. Consultado en Enero 23 2008 enhttp://www.monografias.com/trabajos11/usbmem/usbmem.shtml.

González Victor R. (2002). Control con el puerto paralelo de la PC. Consultado enNoviembre 10 2007 en http://cfievalladolid2.net/tecno/cyr_01/control.

Larrosa Cascales Francisco (2008). Programación y diseño mediantemicrocontroladores PIC. Consultado en Enero, 12, 2008 enhttp://mimosa.pntic.mec.es/~flarrosa/intropic.pdf.

Pérez. Javier (2000). Puerto Paralelo. Consultado en Noviembre 13 2007 enhttp://www.todorobot.com.ar/documentos/puerto-paralelo.pdf.

Ramos, Angela (2006). Comunicación serie. Consultado en Noviembre 15 2007 enhttp://www.arduino.cc/es/Comunicaci%f3nSerie/Comunicaci%f3nSerie?action=diff.

Todorobot (2008). El Servomotor. Consultado en Enero 18 2008 enhttp://www.todorobot.com.ar/documentos/servomotor.pdf.

Wikimedia Foundation (2008). PIC16F87X. Consultado en Febrero, 12, 2008 enhttp://es.wikipedia.org/wiki/PIC16F87X.

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http://www.todorobot.com.ar/documentos/servomotor.pdf.

http://es.wikipedia.org/wiki/PIC16F87X.

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


107

ANEXOS INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA

ANEXO 1.1 Puerto paralelo.DIAGRAMA DE FLUJO

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


108

**********************************************************************************************/* AUTOR: PEREZ CADENA VICENTE FCO.

INGENIERIA EN COMUNICACIONES Y ELECTRONICA

PROYECTO: SISTEMA MECATRONICO PARA ENSAMBLE DE PIEZAS*/

/*PROGRAMA QUE REALIZA LA FUNCION DE ACONDICIONAR LAS SEÑALESQUE VIENEN DEL PUERTO PARALELO PARA QUE LAS INTERPRETE LAETAPA DE POTENCIA*/**********************************************************************************************

# include<16f628A.h> //selección del PIC//# fuses intrc, nowdt, noprotect, nolvp //fusibles para la programación del PIC//# use delay (clock=4000000) //seleccionamos la velocidad del cristal//# byte porta=5 //elegimos el puerto a utilizar//# byte portb=6

setup_adc(NO_ANALOGS); /*damos de baja la configuraciónanalógica del puerto A que tiene por default*/

void main () //inicializamos el cuerpo del programa// { set_tris_a(0xFF); //configuramos el puerto A como entradas// set_tris_b(0); //configuramos el puerto B como salidas//

porta=0; //limpiamos el puerto A// portb=0; //limpiamos el puerto B// setup_ccp1(ccp_pwm); //Damos de alta al PWM1// setup_timer_2(t2_div_by_1,51,1); //configuramos la frecuencia// set_pwm1_duty(30); //velocidad inicial del motor iniciada en 30// while(1) { //***************MOTOR 1*****************//

if(input(pin_a0)&&!input(pin_a1)) /*si tengo un 1 lógico en A0 y un 0 lógico en A1ejecuta la siguiente instrucción,si es falsa no hagas nada*/

{delay_ms(50); //esperamos un tiempo de 50ms por el fenómeno de rebote//output_high(pin_b1); //manda un estado alto a la salida del pin B1//output_low(pin_b0); //manda un estado bajo a la salida del pin B0//}if(input(pin_a1)&&!input(pin_a0)) /*si tengo un 1 lógico en A1 y un 0 lógico en A0

ejecuta la siguiente instrucción,

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


109

si es falsa no hagas nada*/{delay_ms(50); //se espera un tiempo de 50ms por el efecto rebote//output_low(pin_b1); //manda un estado bajo a la salida del pin B1//output_low(pin_b0); //manda un estado bajo a la salida del pin B0//}if(input(pin_a0)&&input(pin_a1)) /*si tengo un 1 lógico en A0 y en A1

ejecuta la siguiente instrucción,si es falsa no hagas nada*/

{ output_high(pin_b0); //manda un estado alto a la salida del pin B0// }if(!input(pin_a0)&&!input(pin_a1)) /*si tengo un 0 lógico en A0 y en A1 ejecuta la siguiente instrucción, si es falsa no hagas nada*/ { output_high(pin_b0); //manda un estado alto a la salida del pin B0// } }}

//***************MOTOR 2*****************//

if(input(pin_a2)&&!input(pin_a3)) /*si tengo un 1 lógico en A2 y un 0 lógico en A3ejecuta la siguiente instrucción,si es falsa no hagas nada*/

{delay_ms(50); //esperamos un tiempo de 50ms por el fenómeno de rebote//

output_high(pin_b4); //manda un estado alto a la salida del pin B4//output_low(pin_b2); //manda un estado bajo a la salida del pin B2//}if(input(pin_a3)&&!input(pin_a2)) /*si tengo un 1 lógico en A3 y un 0 lógico en A2


{delay_ms(50); //se espera un tiempo de 50ms por el efecto rebote//output_low(pin_b4); //manda un estado bajo a la salida del pin B4//output_low(pin_b2); //manda un estado bajo a la salida del pin B2//}if(input(pin_a2)&&input(pin_a3)) /*si tengo un 1 lógico en A2 y en A3


ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


110

{

output_high(pin_b2); //manda un estado alto a la salida del pin B2// }If (!input(pin_a2)&&!input(pin_a3)) /*si tengo un 0 lógico en A2 y en A3 ejecuta la siguiente instrucción, si es falsa no hagas nada*/ { output_high(pin_b2); //manda un estado alto a la salida del pin B2// } }}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


111

LISTA DE MATERIALES PUERTO PARALELO

Descripción Designador Cantidad Valor

Capacitor Cerámico C1 1 100pF

Capacitor Cerámico C2 1 100pF

Conector DB25 Conector DB25 1

Header, 10-Pines JP1 1

Header, 5-Pines JP2 1

Clemax, 2-Pines JP3 1

74HC541N U1 1

74HC541N U2 1

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


112

LISTA DE MATERIALES ETAPA DE MONITOREO

Comentario Descripción Designador Cantidad ValorBAR-10UR Barra de Leds LEDS 1Capacitor Capacitor Cerámico C1 1 100pFLed 1 Diodo Emisor de Luz DS1 1Led 2 Diodo Emisor de Luz DS2 1Led 3 Diodo Emisor de Luz DS3 1Led 4 Diodo Emisor de Luz DS4 1Led 5 Diodo Emisor de Luz DS5 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP1 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP2 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP3 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP4 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP5 1Res1 Resistor R1 1 330Res1 Resistor R2 1 330Res1 Resistor R3 1 330Res1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 330Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 330Res1 Resistor R11 1 330Res1 Resistor R12 1 330Res1 Resistor R13 1 330Res1 Resistor R14 1 330

PIC16F628A

Microcontrolador FLASH-Basado en 8-Bit CMOS con tecnologia nanoWatt, 2K(x14-Bit words) FLASH, 224 BytesSRAM, 18-Pines PDIP, Rango deSuministro 3.0 a 5.5V U1 1

SN74HC541NOctal Buffer/Control de tres estados de

salida U2 1

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


113

LISTA DE MATERIALES ETAPA DE BUFFERS DE 3 ESTADOS.

Comentario Descripción Designador cantidad ValorCapacitor Capacitor Cerámico C1 1 100pF

SN74HC541N

Octal Buffer/Controlde tres estados desalida CI1 1

Clemax Header, 2-Pin JP1 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP2 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP3 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP4 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP5 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP6 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP7 1Clemax Header, 2-Pines JP8 1Resistenciaspull down

Paquete de 10resistencias PR1 1 10X10K

TransistorBC548

NPN De propósitogeneral Q1 1

Resistencia Resistor R1 1 10KRes1 Resistor R2 1 1K

74HCT245 Buffer de 3 estadosbidireccional U1 1

74HCT245 Buffer de 3 estadosbidireccional U2 1

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


114

INTERFAZ PARALELO

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


115

ESQUEMATICO ETAPA DE MONITOREO

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


116

ETAPA DE BUFFERS DE 3 ESTADOS

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


117

ANEXO 1.2 Etapa selectoraLISTA DE MATERIALES ETAPA SELECTORA.

Comentario Descripción Designador cantidad Valor

LED1Diodo Emisor deLuz DS1 1





Clemax Header, 2-Pin JP1 1Header 5X2A Header, 5-Pines JP10 1Res1 Resistor R1 1 10KRes1 Resistor R2 1 10KRes1 Resistor R3 1 10KRes1 Resistor R4 1 10KRes1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 330Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330

SW-5WAY Interruptor de 2polos 5 tiros S1 1

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


118

ESQUEMATICO ETAPA DEL SELECTOR

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


119

ANEXO 1.3 Puerto serieDIAGRAMA DE FLUJO

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


120

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


121

/* AUTOR: PEREZ CADENA VICENTE FCO.


PROYECTO: SISTEMA DE ENSAMBLE MECATRONICO */

/*Programa que realiza el control tanto de sensores y actudores yque permite comunicarse con la PC por el Puerto Serie*/# include<16f877.h> //selección del microcontrolador# fuses xt, nowdt, noprotect, nolvp //selección de fusibles# use delay (clock=4000000) //selección de la frecuencia de reloj# use rs232(baud=19200, xmit=pin_c6, rcv=pin_c7) /*damos de alta la comunicación serie a una velocidad de 19200 baudios con C6 como transmisor y C7 como receptor*/# byte porta=5# byte portb=6 //Damos de alta los puertos# byte portc=7# byte portd=8

void main () //inicializamos el cuerpo del programa { char orden; /*damos de alta a la variable "orden" como de tipo char*/

set_tris_a(0); //configuramos el puerto a como salida set_tris_b(0xff); //configuramos el puerto b como entrada set_tris_c(0b10000000); /*configuramos el puerto c como salida excepto el bit 7 que es entrada*/ set_tris_d(0); //configuramos el puerto d como salida porta=0; portb=0; //limpiamos los puertos a, b y c portd=0; setup_ccp1(ccp_pwm); //Damos de alta al PWM1 setup_timer_2(t2_div_by_1,51,1); //configuramos la frecuencia set_pwm1_duty(0); //velocidad inicial del motor iniciada en 0 setup_ccp2(ccp_pwm); //Damos de alta al PWM2 setup_timer_2(t2_div_by_1,51,1); //configuramos la frecuencia set_pwm2_duty(0); //velocidad inicial del motor iniciada en 0

while(1) {

if(input(pin_b0)) //si el sensor1 esta activo manda hacia la

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


122

putc('O'); //PC el caracter "O" si no es así entonces else //manda el caracter "P" putc('P');

if(input(pin_b1)) //si el sensor2 esta activo manda hacia la putc('Q'); //PC el caracter "Q" si no es así entonces else //manda el caracter "R" putc('R');

if(input(pin_b2)) //si el sensor3 esta activo manda hacia la putc('S'); //PC el caracter "S" si no es así entonces else //manda el caracter "T" putc('T');

if(input(pin_b3)) //si el sensor4 esta activo manda hacia la putc('U'); //PC el caracter "U" si no es así entonces else //manda el caracter "V" putc('V');

// while(!kbhit())

// delay_us(10); if(kbhit()) //si en kbhit a llegado algún caracter { //entonces el caracter es almacenado en orden=toupper(getc()); //"orden" y no importa si es mayúscula o putc(orden); //minúscula por la instrucción toupper //delay_ms(2000); } switch(orden) //abrimos un switch con la variable orden

{ //**********************MOTOR 1*******************//

//''''''''''PROCESO DE FRENADO'''''''''''// case 'A': //ha llegado una "A" desde la PC entonces

bit_clear(portc,3); //PROCESA ARRANQUE//

break;

case '1': //ha llegado un "1" desde la PC entonces

bit_set(portc,3); //PROCESA PARO//

break;

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


123

//'''''''''PROCESO DE SENTIDO''''''''''//

case'B': //ha llegado una "B" desde la PC entonces bit_set(portc,0); //PROCESA DERECHA// break;

case 'C': //ha llegado una "C" desde la PC entonces bit_clear(portc,0); //PROCESA IZQUIERDA// break;

//''''''''''''''''SELECCIONA MOTOR 2'''''''''''''''//

case 'E': //ha llegado una "E" desde la PC entonces bit_clear(portc,5); //PROCESA ARRANQUE// break;

case '2': //ha llegado un "2" desde la PC entonces bit_set(portc,5); //PROCESA PARO// break;

case 'D': //ha llegado una "D" desde la PC entonces bit_set(portc,4); //PROCESA DERECHA// break;

case 'J': //ha llegado una "J" desde la PC entonces bit_clear(portc,4); //PROCESA IZQUIERDA// break;

//''''''''''''''''''''ACTUADORES'''''''''''''''''''//

case 'F': //ha llegado una "F" desde la PC entonces bit_set(portd,4); //manda un estado alto en el Bit 4 del break; //puerto D

case 'K': //ha llegado una "K" desde la PC entonces bit_clear(portd,4); //manda un estado bajo en el Bit 4 del break; //puerto D

case 'G': //ha llegado una "G" desde la PC entonces bit_set(portd,5); //manda un estado alto en el Bit 5 del break; //puerto D

case 'L': //ha llegado una "L" desde la PC entonces bit_clear(portd,5); //manda un estado bajo en el Bit 5 del

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


124

break; //puerto D

case 'H': //ha llegado una "H" desde la PC entonces bit_set(portd,6); //manda un estado alto en el Bit 6 del break; //puerto D

case 'M': //ha llegado una "M" desde la PC entonces bit_clear(portd,6); //manda un estado bajo en el Bit 6 del break; //puerto D

case 'I': //ha llegado una "I" desde la PC entonces bit_set(portd,7); //manda un estado alto en el Bit 7 del break; //puerto D

case 'N': //ha llegado una "N" desde la PC entonces bit_clear(portd,7); //manda un estado bajo en el Bit 7 del break; //puerto D

//velocidad motores

case '6': //ha llegado un "6" desde la PC entonces set_pwm2_duty(0); //MOTOR QUIETO// break;

case '7': //ha llegado un "7" desde la PC entonces set_pwm2_duty(16); //MOTOR BAJO// break;

case '8': //ha llegado un "8" desde la PC entonces set_pwm2_duty(32); //MOTOR MEDIA// break;

case '9': //ha llegado un "9" desde la PC entonces set_pwm2_duty(51); //MOTOR ALTA// break;/***************************************************/ case 'W': //ha llegado una "W" desde la PC entonces set_pwm1_duty(0); //MOTOR QUIETO// break;

case 'X': //ha llegado una "X" desde la PC entonces set_pwm1_duty(16); //MOTOR BAJO// break;

case 'Y': //ha llegado una "Y" desde la PC entonces

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


125

set_pwm1_duty(32); //MOTOR MEDIA// break;

case 'Z': //ha llegado una "Z" desde la PC entonces set_pwm1_duty(51); //MOTOR ALTA// break; }}}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


126

LISTA DE MATERIALES PUERTO SERIE.Comentario Descripción Designador Cantidad Valor

Capacitor Capacitor Electrolítico 25Volts C1 1 1uFCapacitor Capacitor Electrolítico 25Volts C2 1 1uFCapacitor Capacitor Electrolítico 25Volts C3 1 1uFCapacitor Capacitor Electrolítico 25Volts C4 1 1uFCapacitor Capacitor Cerámico C5 1 22uFCapacitor Capacitor Cerámico C6 1 22uFConector DB9 Conector DB9 tipo Hembra J1 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP1 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP2 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP3 1Res1 Resistor R1 1 10KSW-PB Switch S1 1

PIC16F877A-I/P

Microcontrolador FLASH, 8K (x14-Bitwords) FLASH, 368 Bytes RAM, 40-Pines PDIP, Standard VDD. U1 1

MAX232N Dual EIA-232 Driver/Receiver U2 1XTAL Oscilador a cristal Y1 1 4MHz

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


127

ESQUEMATICO SERIE

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


128

ANEXO 1.4 Puerto USB.DIAGRAMA DE FLUJO

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


129

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


130

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


131



PROYECTO: SISTEMA MECATRONICO PARA ENSAMBLE DE PIEZAS */

/*PROGRAMA QUE REALIZA LA FUNCION DE CONTROLAR SENSORES YACTUADORES

POR MEDIO DEL PUERTO USB MEDIANTE EL PIC 18F4550*/

#include <18f4550.h> //archivo de cabecera

#fusesXTPLL,NOWDT,NOPROTECT,NOLVP,NODEBUG,USBDIV,PLL1,CPUDIV1,VREGEN

// fusibles de configuración

#use delay(clock=48000000) // la frecuencia con la que trabajamos

#define USB_HID_DEVICE FALSE // deshabilitamos el uso de las

directivas HID//

#define USB_EP1_TX_ENABLE USB_ENABLE_BULK // configuración de los

EndPoint de transmisión//

#define USB_EP1_RX_ENABLE USB_ENABLE_BULK // configuramos los

EndPoint de recepción//

#define USB_EP1_TX_SIZE 32 // tamaño del buffer de transferencia de

1 a 32 bytes como máximo//

#define USB_EP1_RX_SIZE 32 // tamaño del buffer de recepción de 1 a

32 bytes como máximo//

#include <pic18_usb.h> // Microchip PIC18Fxx5x Hardware para

CCS's PIC USB driver//

#include ".\include\USB_Monitor.h" // Configuración del USB y los

descriptores para este dispositivo//

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


132

#include <usb.c>

#define RecCommand recbuf[0] //la información recibida de la PC

se guarda en recbuf[0]//

const int8 Lenbuf = 32;

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//

// RAM, RAM, RAM

//

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

char datouno[ ] = "5";

char datodos[ ] = "6";

char datotres[ ] = "7";

char datocuatro[ ] = "8"; //Asignamos valores a las variables dato

char datocinco[ ] = "9";

char datoseis[ ] = "10";

int i;

int8 recbuf[Lenbuf];

int8 sndbuf[Lenbuf]; // busca los descriptores necesarios para la comunicación

void main(void)

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


133

{

set_tris_a(0x0); // configura el puerto a como salida/

set_tris_b(0xff); // configuramos el puerto b como entrada//

set_tris_c(0x0); // configura el puerto c como salida

set_tris_d(0x0); // configura el puerto d como salida

set_tris_e(0x0); // configura el puerto e como salida

setup_ccp1(ccp_pwm); //damos de alta el PWM1//

SETUP_TIMER_2(T2_DIV_BY_1,51,1); // Configuramos frecuencia//

set_pwm1_duty(0); //inicializamos con cero//

setup_ccp2(ccp_pwm); //damos de alta al PWM2//

SETUP_TIMER_2(T2_DIV_BY_1,51,1); //configuramos frecuencia//

set_pwm2_duty(0); //inicializamos con cero//

output_a (0); // saca un nivel bajo de salida en el puerto a //

output_b (0); // saca un nivel bajo de salida en el puerto b //

output_c (0); // saca un nivel bajo de salida en el puerto c //

output_d (0); // saca un nivel bajo de salida en el puerto d //

output_e (0); // saca un nivel bajo de salida en el puerto e //

output_high(pin_e0); //saca un nivel alto en e0

output_low(pin_e1); //saca un nivel bajo en e1


delay_ms(100); //espera 100ms

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


134

usb_init(); //llama a las funciones que vienen integradas en picc18

usb_task();

usb_wait_for_enumeration();

enable_interrupts(global); //damos de alta a las interrupciones

delay_ms(500); //esperamos 500ms

while(TRUE)

{

if(usb_enumerated()) // si usb_enumerated es verdadero (true) entonces

estamos correctamente conectados y reconocidos

por el Windows de la PC //


output_high(pin_e2); //saca un nivel alto en e2

if (usb_kbhit(1)) //detectamos si hay algo pendiente de recibir

usb_get_packet(1, recbuf, Lenbuf); //los datos recibidos los mandamos a. //RecCommand

if(RecCommand==1) //si RecCommand es exactamente igual a 1 .//realiza la siguiente instrucción

{

output_high(pin_d0); //manda un estado alto al pin D0

}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


135

if(RecCommand==2) //si RecCommand es exactamente igual a 2. //realiza la siguiente instrucción

{

output_low(pin_d0); //manda un estado bajo al pin D0

}


{


}


{


}


{

output_high(pin_d1); //manda un estado high al pin D1

}


{


}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


136


{


}


{


}


{

set_pwm1_duty(0); //velocidad del motor1 en 0

}


{


}


{


}


ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


137

{


}


{


}


{


}


{


}


{


}


{

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


138


}


{


}


{


}


{


}


{


}


{


ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


139

}


{


}


{


}


{


}


{


}


{


}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


140


{


}


{


}


{


}


{

output_high(pin_d4); //manda un estado alto por el pin D4

}


{

output_low(pin_d4); //manda un estado bajo por el pin D4

}


ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


141

{


}


{


}


{


}


{


}


{


}


{

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


142


}

/**************************SECCION DE SENSORES******************************/

if(!input(pin_b0)&&!input(pin_b1)&&!input(pin_b2)&&!input(pin_b3)&&!input(pin_b4))//si la entrada B0-B4 llega un nivel bajo al mismo tiempo ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada

{

usb_put_packet(1,datoseis,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datoseis hacia la PC

}

if(input(pin_b0)) //si la entrada B0 llega un nivel alto ejecuta lo siguiente

{

usb_put_packet(1,datouno,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datouno hacia la PC

output_high(pin_e1); //saca un nivel alto en E1


output_low(pin_e1); //saca un nivel bajo en E1

}


{

usb_put_packet(1,datodos,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datodos hacia la PC



ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


143


}


{

usb_put_packet(1,datotres,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datotres hacia la PC




}


{

usb_put_packet(1,datocuatro,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datocuatro hacia la PC




}


{

usb_put_packet(1,datocinco,1,USB_DTS_TOGGLE);

//manda el contenido de datocinco hacia la PC



ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


144


}

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


145

LISTA DE MATERIALES PUERTO USB.Comentario Descripción Designador Cantidad Valor

BAR-10UR. Barra de diodos emisores de luz 1 1Led Bicolor Diodo emisor de luz Bicolor 2 1BAR-10UR. Barra de diodos emisores de luz 3 1Capacitor Capacitor Cerámico C1 1 470nFCapacitor Capacitor Cerámico C2 1 22pFCapacitor Capacitor Cerámico C3 1 22pFCapacitor Capacitor Cerámico C4 1 0.1uFHeader 10X2 Header, 10-Pines JP1 1Header 4 Header, 4-Pines JP2 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP3 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP4 1Header 10 Header, 10-Pines JP5 1Clemax Header, 2-Pines JP6 1Res1 Resistor R1 1 330Res1 Resistor R2 1 330Res1 Resistor R3 1 330Res1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 330Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 330Res1 Resistor R11 1 330Res1 Resistor R12 1 330Res1 Resistor R13 1 330Res1 Resistor R14 1 10KRes1 Resistor R15 1 330SW-PB Switch S1 1

PIC18F4550-I/P

Microcontrolador FLASH con una sola facepara Control Kernel, 24K FLASH, 40-Pin PDIP,Rango Standard de Voltaje, U2 1

XTAL 4MHz Oscilador a Cristal Y1 1 4MHz

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


146

ESQUEMATICO USB

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


147

ANEXO 1.5 Control Inalámbrico.DIAGRAMA DE FLUJO TRANSMISOR

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


148




/*PROGRAMA QUE REALIZA LA FUNCION DE MULTIPLEXAR 8 BITS PARA QUEMANDE 4 BITS AL RECEPTOR Y CONTROLAR MOTORES Y ACTUADORES*/

# include<16f628.h> //escogemos el PIC a usar# fuses INTRC, nowdt, noprotect, nolvp //damos de alta los fusibles# use delay (clock=4000000) // escogemos la frecuencia interna del PIC# byte porta=5 //damos de alta el Puerto A# byte portb=6 //damos de alta el Puerto B

void main () //cuerpo del programa { set_tris_a(0); //el Puerto A es salida set_tris_b(0xff); //el Puerto B es entrada porta=0XFF; //inicializamos con 0B11111111 en el Puerto A portb=0XFF; //inicializamos con 0B11111111 en el Puerto B

while(1)

{

while(input(pin_b0))…………………//mientras en pin B0 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada { delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x0E; //manda al puerto A 0b00001110 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }

while(input(pin_b1)) …………………//mientras en pin B1 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada {delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x0D; //manda al puerto A 0b00001101 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }

while(input(pin_b2)) …………………//mientras en pin B2 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada

ANEXOS________________________________________________________________________

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149

{delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x0C; //manda al puerto A 0b00001100 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }while(input(pin_b3)) …………………//mientras en pin B3 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada {delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x0B; //manda al puerto A 0b00001011 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }

while(input(pin_b4)) …………………//mientras en pin B4 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada

{ delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x0A; //manda al puerto A 0b00001010 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff;} //manda al puerto A 0b11111111

while(input(pin_b5)) …………………//mientras en pin B5 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada {delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x09; //manda al puerto A 0b00001001 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }

while(input(pin_b6)) …………………//mientras en pin B6 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada {delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x08; //manda al puerto A 0b00001000 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }

while(input(pin_b7)) …………………//mientras en pin B7 llegue un 1 ejecuta lo. //siguiente, si no, no hagas nada {delay_ms(100); //espera 100ms por el efecto rebote porta=0x07; //manda al puerto A 0b00000111 delay_ms(1000); //espera 1000ms porta=0xff; //manda al puerto A 0b11111111 }}}

ANEXOS________________________________________________________________________

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150

DIAGRAMA DE FLUJO RECEPTOR

ANEXOS________________________________________________________________________

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151

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


152




/*PROGRAMA QUE REALIZA LA FUNCION DE MULTIPLEXAR 4 BITS DELTRANSMISOR PARA QUE MANDE 8 BITS Y CONTROLAR MOTORES YACTUADORES*/

# include<16f628.h> //escogemos el PIC a usar# fuses INTRC, nowdt, noprotect, nolvp //damos de alta los fusibles# use delay (clock=4000000) // escogemos la frecuencia interna del PIC

# byte porta=5 //damos de alta los puertos a y b# byte portb=6

void main () { set_tris_a(0x0f); //el Puerto A es entrada los primeros 4bits menos. //significativos set_tris_b(0x00); // Puerto B como salidas porta=0; //limpiamos el Puerto A y B portb=0;setup_ccp1(ccp_pwm); //Damos de alta al PWM1// setup_timer_2(t2_div_by_1,51,1); //configuramos la frecuencia// set_pwm1_duty(51); //velocidad inicial del motor iniciada en 30// while(1)

{ delay_ms(50);switch(porta&0x0f) //el 0x0f(binario) es la habilitación de el puerto a en. //las terminales a0, a3{ case 0x0e: //primer caso: si llega un 0e(14) en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a0)); //mientras el pin a0 sea verdadero es decir le llegue un .//1 se mantiene ahí y no hace nada por el ; hasta que le .//llega un 0 entonces se hace falso y salta a la siguiente .//instrucción delay_ms(50); //le agregamos un delay de 50 ms para el efecto rebote//

while(!input(pin_a0));//como no sabemos cuanto tiempo vamos a tener apretado el .//boton necesitamos otra condición que nos diga mientras a0

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


153

. //siga oprimido entonces quédate ahí en cuanto se deje de

. //oprimir entonces salta a la siguiente instrucción//portb=0x01^portb; //mandamos un 00000001 por el puerto b si volvemos a. //oprimir entonces tendremos otro 00000001 y como es una. //instrucción xor entonces 1xor1=0 y 1xor0 =1 break;

case 0x0d: //segundo caso: si llega un 0d(13) en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a1)); //mientras pin a1 este activo no hagas nada, si no, haz lo .//que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a1)); //mientras pin a1 llegue un nivel bajo no hagas nada, si. //no, haz lo que sigue portb=0x02^portb; //haz la función xor break;

case 0x0c: //tercer caso: si llega un 0c(12) en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del caso

while(input(pin_a1)||input(pin_a0)); //mientras pin a1 o a0 este activo no hagas. //nada, si no, haz lo que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a1)||!input(pin_a0)); //mientras pin a1 o a0 llegue un nivel bajo no. //hagas nada, si no, hazlo que sigue portb=0x04^portb; //haz la función xor al puerto break;

case 0x0b: //cuarto caso: si llega un 0b(11) en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a2)); //mientras pin a2 este activo no hagas nada, si no, haz lo .//que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a2)); //mientras pin a2 llegue un nivel bajo no hagas nada, si. //no, haz lo que sigue porta=0x80^porta; //haz la función xor al puerto break;

case 0x0a: //quinto caso: si llega un 0a(10) en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a0)||input(pin_a2)); //mientras pin a2 o a0 este activo no hagas. //nada, si no, haz lo que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a0)||!input(pin_a2)); //mientras pin a2 o a0 llegue un nivel bajo no. //hagas nada, si no, hazlo que sigue

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


154

portb=0x10^portb; //haz la función xor al puerto break;

case 0x09: //sexto caso: si llega un 09 en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a2)||input(pin_a1)); //mientras pin a1 o a2 este activo no hagas. //nada, si no, haz lo que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a2)||!input(pin_a1)); //mientras pin a1 o a2 llegue un nivel bajo no. //hagas nada, si no, hazlo que sigue portb=0x20^portb; //haz la función xor al puerto break;case 0x08: //séptimo caso: si llega un 08 en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a0)||input(pin_a1)||input(pin_a2)); //mientras pin a1 o a0 o a2 este. //activo no hagas nada, si no,. //haz lo que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a0)||!input(pin_a1)||!input(pin_a2)); portb=0x40^portb; //haz la función xor al puerto break;

case 0x07: //octavo caso: si llega un 07 en el puerto a en los. //bits a0, a3 entonces realiza lo que hay dentro del casowhile(input(pin_a3)); //mientras pin a3 este activo no hagas nada, si no, haz.. // lo que sigue delay_ms(50); //espera 50mswhile(!input(pin_a3)); //mientras pin a3 llegue un nivel bajo no hagas nada, si. //no, haz lo que sigue portb=0x80^portb; //haz la función xor al puerto break;}}

ANEXOS________________________________________________________________________

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155

LISTA DE MATERIALES TRANSMISOR.

Comentario Descripción Designador Cantidad ValorLED0 Diodo Emisor de Luz DS1 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS2 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS3 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS4 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS5 1Antena Antena Genérica E1 1TWS-BS Transmisor de 4Bits JP1 1Header 2H Header, 2-Pines JP2 1Header 10 Header, 10-Pines JP3 1Header10X2A Header, 10-Pines JP4 1Res1 Resistor R1 1 330Res1 Resistor R2 1 1MRes1 Resistor R3 1 330Res1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 10KSW-PB Switch S9 1SW-DIP8 4009 Series DIP Switch, Raised actuator S10 1L7805CV Positive Voltage Regulator U1 1HT-12E Codificador de 4Bits U2 1

PIC16F628-04/P

FLASH- Microcontrolador Basado en 8-Bit CMOS, 2K (x14-Bit words) FLASH,224 Bytes RAM, 4 MHz, 18-Pines PDIP,3.0 a 5.5V U3 1

ANEXOS________________________________________________________________________

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156

LISTA DE MATERIALES RECEPTOR.

Comentario Descripción Designador Cantidad ValorCapacitor Capacitor Cerámico C1 1 100pFLED0 Diodo Emisor de Luz DS1 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS2 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS3 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS4 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS5 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS6 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS7 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS8 1LED0 Diodo Emisor de Luz DS9 1Antena Antena Generica E1 1RWS-374-3 Receptor JP1 JP2 1Header 5X2 Header, 5-Pines JP3 1Clemax Header, 2-Pines JP4 1Header10X2 Header, 10-Pines JP5 1Res1 Resistor R1 1 330Res1 Resistor R2 1 47KRes1 Resistor R3 1 330Res1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 10KRes1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 330Res1 Resistor R11 1 330SW-DIP8 MiniDip de 8 Switch S1 1SW-PB Switch S2 1L7805AC-V Regulador de Precisión de 1A U1 1HT-12D Decodificador de 4 Bits U2 1

PIC16F628-04/P

FLASH- Microcontrolador Basado en 8-Bit CMOS, 2K (x14-Bit words) FLASH,224 Bytes RAM, 4 MHz, 18-Pines PDIP,3.0 a 5.5V U3 1

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


157

ESQUEMATICO DEL TRANSMISOR

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


158

ESQUEMATICO DEL RECEPTOR

ANEXOS________________________________________________________________________

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159

ANEXO 1.6 Etapa de actuadores.DIAGRAMA DE FLUJO

ANEXOS________________________________________________________________________

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160



PROYECTO: SISTEMA DE ENSAMBLE MECATRONICO */

/*PROGRAMA QUE REALIZA LA FUNCION DE CONTROLARTRES CERVOMOTORES HOBBICO (FUTABA) PARA LA ETAPA DE ACTUADORES*/

# include<16f876.h> //escogemos el PIC# fuses xt, nowdt, noprotect, nolvp //damos de alta los fusibles# use delay (clock=4000000)……………//escogemos la frecuencia de reloj# byte portb=6# byte portc=7 //damos de alta al puerto A, B y C# byte porta=5 void main () //cuerpo del programa {Output_high(PIN_a0); //manda un estado alto en A0 delay_ms(500); //espera 500msOutput_Low(PIN_a0); //manda un estado bajo en A0Output_High(PIN_a1); //manda un estado alto en A1delay_ms(100); //espera 100ms

set_tris_b(0); //configuramos al Puerto B como salida set_tris_c(0xff); //configuramos al Puerto C como entrada portb=0; //limpiamos el Puerto By C portc=0; while(1) {

if(input(pin_c0)) //si llega un estado alto en C0 haz lo siguiente { delay_ms(50); //espera 50ms por el efecto rebote output_high(pin_b0); //manda un estado alto en B0 delay_us(1500); //espera 1500us output_low(pin_b0); //manda un estado bajo en B0 }

if(!input(pin_c0)) //si llega un estado bajo en C0 haz lo siguiente { output_high(pin_b0); //manda un estado alto en B0 delay_us(3000); //espera 1500us output_low(pin_b0); //manda un estado bajo en B0 }

ANEXOS________________________________________________________________________

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161

if(input(pin_c1)) //si llega un estado alto en C1 haz lo siguiente { delay_ms(50); //espera 50ms por el efecto rebote output_high(pin_b1); //manda un estado alto en B1 delay_us(1500); //espera 1500us output_low(pin_b1); //manda un estado bajo en B1 }

if(!input(pin_c1)) //si llega un estado bajo en C1 haz lo siguiente { output_high(pin_b1); //manda un estado alto en B1 delay_us(3000); //espera 3000us output_low(pin_b1); //manda un estado bajo en B1 } if(input(pin_c2)) //si llega un estado alto en C2 haz lo siguiente { delay_ms(50); //espera 50ms por el efecto rebote output_high(pin_b2); //manda un estado alto en B2 delay_us(1500); //espera 1500us output_low(pin_b2); //manda un estado bajo en B2 }

if(!input(pin_c2)) //si llega un estado bajo en C2 haz lo siguiente { output_high(pin_b2); //manda un estado alto en B2 delay_us(3000); //espera 3000us output_low(pin_b2); //manda un estado bajo en B2 }

}

}

ANEXOS________________________________________________________________________

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162

LISTA DE MATERIALES ACTUADORES.

Comentario Descripción Designador Cantidad ValorCap Semi Capacitor (Semiconductor SIM Model) C1 1 22pFCap Semi Capacitor (Semiconductor SIM Model) C2 1 22pFDiodo 1N4007 Rectificador de Propósito General D1 1LED1 Diodo Emisor de Luz DS1 1LED3 Diodo Emisor de Luz DS2 1LED3 Diodo Emisor de Luz DS3 1LED4 Diodo Emisor de Luz DS4 1SERVO 1 Clemax de 3 entradas para servomotor JP1 1SERVO 2 Clemax de 3 entradas para servomotor JP2 1SERVO 3 Clemax de 3 entradas para servomotor JP3 1Clemax Actuador 4 JP4 1Clemax Header, 2-Pines JP5 1Header 10X2 Header, 10-Pines JP6 1Relay Relevador K1 1NPN1 NPN Transistor Bipolar Darlington Q1 1Res1 Resistor R1 1 1KRes1 Resistor R2 1 330Res1 Resistor R3 1 1KRes1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1 330Res1 Resistor R6 1 1KRes1 Resistor R7 1 330Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 10KRes2 Resistor R11 1 330SW-PB Switch S1 1

PIC16F876-04I/SO

Microcontrolador de 8-Bit CMOSFLASH, 8K x 14 words FLASH, 368 x 8Bytes RAM, 4 MHz, 28-Pines SOIC, 4 a5.5V VDD U1 1

XTAL Oscilador a Cristal Y1 1 4MHz

ANEXOS________________________________________________________________________

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163

ESQUEMATICO ACTUADORES

ANEXOS________________________________________________________________________

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164

ANEXO 1.7 Etapa de sensores.

LISTA DE MATERIALES SENSORES.

Comentario Descripción Designador Cantidad ValorHeader 3 Entrada Sensor 1 B1 1Header 3 Entrada Sensor 2 B2 1Header 3 Entrada Sensor 3 B3 1Capacitor Capacitor Cerámico C1 1 100pFClemax Entrada Fuente 5V F1 1Clemax Entrada Fuente 24V F2 1Sensor Prox Entrada Sensor 4 F3 1Sensor Prox Entrada Sensor 5 F4 1SELECTOR Header, 5-Pines JP1 1Optoisolator1 Optoisolator O1 1Optoisolator1 Optoisolator O2 1Resistenciaspull up

Paquete de 10resistencias PR1 1 10X10K

Res1 Resistor R1 1 330Res1 Resistor R2 1 330Res1 Resistor R3 1 1.5KRes1 Resistor R4 1 1.5KRes1 Resistor R5 1 1.5 KRes1 Resistor R6 1 330Res1 Resistor R7 1 330Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 330Res1 Resistor R11 1 1.5KRes1 Resistor R12 1 330Relevador Activación Sensor 4 REL1 1Relevador Activación Sensor 5 REL2 1Indicador? U1 1

SN74HC540NOctal Buffer con 3estados de salida U2 1

ANEXOS________________________________________________________________________

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165

ANEXOS________________________________________________________________________

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166

ANEXO 1.8 Etapa de potencia.Comentario Descripción Designador Cantidad Valor

Capacitor Capacitor Cerámico C1 1 .01uFCapacitor Capacitor Cerámico C2 1 .01uFCapacitor Capacitor Cerámico C3 1 100pFCapacitor Capacitor Cerámico C4 1 .01uFCapacitor Capacitor Cerámico C5 1 .01uFCapacitor Capacitor Electrolítico C6 1 1uFCapacitor Capacitor Electrolítico C7 1 1500 uFCapacitor Capacitor Electrolítico C8 1 1uFCapacitor Capacitor Electrolítico C9 1 1500 uF

Diodo 1N4007Rectificador de PropósitoGeneral D1 1




Clemax Salida Motor 1 JP1 1Clemax Salida Motor 2 JP2 1Clemax 5 Volts JP3 1Clemax 24 Volts JP4 1Conector Header, 10-Pines. JP5 1Led Bicolor Diodo emisor de luz bicolor LB1 1Led Bicolor Diodo emisor de luz bicolor LB2 1LMD18200 Puente H LMD1 1LMD18200 Puente H LMD2 1Resistenciaspull up Paquete de 10 resistencias PR1 1 10X10KRes1 Resistor R1 1 10 -5WRes1 Resistor R2 1 10 -5WRes1 Resistor R3 1 2K7Res1 Resistor R4 1 330Res1 Resistor R5 1Res1 Resistor R6 1 10 -5WRes1 Resistor R7 1 2K7Res1 Resistor R8 1 330Res1 Resistor R9 1 330Res1 Resistor R10 1 330

SN74HC541NOctal Buffer con 3 estadosde salida U1 1

ANEXOS________________________________________________________________________

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167

ANEXOS________________________________________________________________________

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168

ANEXO 1.9 Hoja de datos TLP5214.

ANEXOS________________________________________________________________________

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169

ANEXO 2.0 Hoja de datos TIP120-122.

ANEXOS________________________________________________________________________

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170

ANEXO 2.1 Hoja de datos PIC 16F876 Y 16F877.

ANEXOS________________________________________________________________________

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171

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


172

ANEXO 2.2 Hoja de datos PIC 16F628.

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


173

ANEXO 2.3 Hoja de datos PIC 18F4550.

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


174

ANEXO 2.4 Hoja de datos SN74HC541.

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


175

ANEXO 2.5 Hoja de datos LM18200.

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


176

ANEXO 2.6 Hoja de datos MAX232.

ANEXOS________________________________________________________________________

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177

ANEXO 2.7 Hoja de datos Transmisor TWS-BS-6

ANEXOS________________________________________________________________________

____________________________________________________________________


178

ANEXO 2.8 Hoja de datos Receptor RWS-374-3

sistema mecatrÓnico para ensamble de...

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