17514780-control-de-un-motor-universal-mediante-usb.pdf
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UNIVERSIDAD POLITÉCNICA SALESIANA
FACULTAD DE INGENIERIAS
ESCUELA ELECTRÓNICA
Tema:
Diseño y Construcción de un medidor de velocidad y
control de DE MOTOR utilizando el PC
Integrantes:
Lisbeth Mena
Gina Ojeda
Johanna Salvador
1
INTRODUCCIÓN
En este proyecto conoceremos como diseñar y construir el control de velocidad de
un motor universal, el mismo que nos permitirá mediante una perilla controlar la
velocidad del motor y a la vez se mostrará en una interfaz gráfica la forma de
onda de la velocidad. La creación del control de velocidad de un motor posee una
gran variedad de aplicaciones como por ejemplo son muy utilizados en motores de
máquinas de coser, licuadoras, máquinas de afeitar, locomotoras etc. Por
supuesto, sus características son muy eficientes para algunos usos, ésta es una de
sus grandes ventajas ya que estos motores son muy necesarios en diversos
campos industriales.
Como estudiantes de la carrera de Ingeniería Electrónica, nos hemos propuesto el
crear el control de velocidad del motor mediante un panel de control realizado en
Labview y a su vez comunicarlo con un microcontrolador PIC 18F2550 mediante
una interfaz USB.
CAPITULO 1
1. ANÁLISIS DE LA PROBLEMÁTICA A RESOLVER
1.1INTRODUCCIÓN AL CAPÍTULO
2
En presente capítulo se detallarán los aspectos básicos del proyecto. Se darán
a conocer los antecedentes, problema a resolver, hipótesis, objetivos principal
y secundario; justificación, alcance, limitaciones y finalmente la solución del
problema.
1.2ANTECEDENTES
La información indagada en bibliotecas de las diversas universidades y
escuelas politécnicas a cerca de proyectos realizados sobre el medidor de
velocidad de un motor universal mediante comunicación usb, será adjuntada
oportunamente con sus respectivas fichas bibliográficas en el Anexo 1.
1.3PROBLEMA A RESOLVER
El problema planteado para este trabajo es básicamente el diseño de un software
en labview el mismo que nos permitirá manejar el control de la velocidad de un
motor universal mediante un sensor que detectará los pulsos del movimiento del
motor, el microcontrolador que será utilizado es el PIC 18f2550, la comunicación
entre labview y el PIC será a través del puerto usb. Al finalizar el proyecto se
observará lo siguiente:
1. En el programa realizado en labview observaremos un diagrama de los
controles del motor universal, en el mismo se mostrará una perilla que se
encargara de controlar los niveles de velocidad del motor desde una
velocidad mínima hasta la máxima que puede alcanzar el motor.
2. Aparecerá una gráfica que muestre las diversas formas de onda
dependiendo del nivel de velocidad al que se encuentre el motor.
3. Dependiendo de la velocidad que escojamos el motor dará la forma
respectiva de dicha velocidad.
4. Usted podrá seleccionar en el diagrama de controles de labview la
velocidad a la cual quiere que se encuentre el motor.
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¿Cómo se visualizará el control de la velocidad del motor universal?
1.4 HIPÓTESIS
A continuación se presenta la hipótesis que nos hemos planteado para dar una
solución a nuestro proyecto:
Es posible medir la velocidad de un motor universal, mediante un
microcontrolador PIC 18f2550, el cual adquiera la señal del sensorque permita
detectar los pulsos de la velocidad que emite el motor, en el cual el
microcontrolador PIC se conecta al PC a través del puerto USB.
1.5 OBJETIVOS
1.5.1 OBJETIVOS PRINCIPALES
1. Diseñar y construir un circuito que nos permita medir la velocidad de un
motor universal mediante un sensor el mismo que se encargará de detectar
los pulsos de velocidad del motor.
2. Realizar la programación de la interfaz gráfica con el fin de mostrar la
velocidad del motor en una grafica de variación mediante perillas, enviando
los datos necesarios desde el PC al microcontrolador PIC por el puerto USB.
1.5.2 OBJETIVO SECUNDARIO
Utilizar los conocimientos adquiridos previamente acerca de los distintos
lenguajes de programación y comunicación usb en: Java, .Net y bloques
funcionales de Labview.
1.6 JUSTIFICACIÓN
4
La creación de este circuito y su respectiva programación es una excelente
herramienta para el aprendizaje y el funcionamiento básico de un tacómetro ya
que mediante esto podemos darnos cuenta que tiene una serie de aplicaciones en
el campo del control industrial.
El diseño del tacómetro nos sirve como motivación para poder conocer más
acerca de cada uno de los elementos que lo conforman y así aprender de mejor
manera cual es su funcionamiento y como en manera conjunta se puede lograr
controlar los diversos niveles de velocidad del motor.
1.7 ALCANCE Y LIMITACIONES
A continuación se detallarán los alcances y limitaciones del proyecto:
Alcances:
– Se indicará en un panel frontal los controles e indicadores que nos permitan
medir la velocidad del motor.
– Se mostrará en una interfaz gráfica (Java) la forma de onda que se genera
al variar el nivel de velocidad del motor.
– Enviar los datos necesarios para establecer la comunicación usb entre el
microcontrolador PIC 18F2550 y el PC.
Limitaciones:
– Las formas de onda de los niveles de velocidad del motor no serán precisas
ya que no es posible detectar todos los pulsos que envía el sensor con
exactitud.
– No será posible desplegar toda la información enviada desde el PIC en un
LCD.
– El motor universal esté operando bajo condiciones de carga, ya que el
motor sin carga tiende a acelerarse por sus mismas condiciones de
funcionamiento.
1.8 SOLUCION DEL PROBLEMA
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A continuación se presenta la solución del problema:
Al finalizar nuestro proyecto obtendremos el siguiente diagrama que nos permitirá
controlar la velocidad del motor universal:
FiG. 1 Medidor de la velocidad de
un motor mediante una pc
CAPÍTULO 2
2. Bitácora de diseño
2.1 Introducción al capítulo 2
En este capítulo se muestra paso a paso el desarrollo semanal del proyecto, aquí
se encuentran detallados las fechas en las cuales hemos venido desarrollando el
control de velocidad del motor universal, además se muestran diversas
descripciones que se realizaron día a día durante el transcurso del desarrollo del
mismo.
2.2 Desarrollo semanal del proyecto etapa por etapa.
LUNES 11 DE MAYO DEL 2009
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En este día se dio a conocer acerca del tema del proyecto a desarrollar en el
bimestre el cual consistía en el manejo de la velocidad de un motor universal
mediante un microcontrolador PIC 18f2550, además se explicó los diferentes
parámetros que serán tomados en cuenta para la respectiva evaluación del
proyecto.
JUEVES 21 DE MAYO DEL 2009
Continuamos con la búsqueda de información acerca de las características que
posee el microcontrolador PIC que vamos a utilizar para la realización de este
proyecto. Encontramos que el PIC 18F2550 es un microcontrolador que posee
pines que permiten que exista una conexión a la PC mediante el puerto usb.
También investigamos acerca de las diversas características que poseen los
motores universales los cuales pueden ser alimentados con corriente alterna o con
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corriente continua, además conocimos que la velocidad cambia según la carga y
se suelen construir para velocidades de 3000 a 8000 RPM para poder controlar el
nivel de la velocidad necesitamos variar la tensión de alimentación, normalmente
se hace con un reostato.
Para la realización del proyecto requerimos de un sensor que permita detectar los
distintos pulsos que envía el motor; para ello averiguamos acerca de los sensores
que existen en el mercado los cuales nos permitan facilitar la medición de la
velocidad del motor.
Una vez recopilada la primera información nos dimos cuenta de las limitaciones y
ventajas que estos elementos esenciales presentan para el funcionamiento de
proyecto.
Averiguamos precios de estos elementos necesarios y cuales son los más factibles
y viables para poder proseguir con la construcción del proyecto.
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SÁBADO 23 DE MAYO DEL 2009
Este día decidimos buscar la manera de regular el voltaje del motor universal y
saber la forma de onda que este emite y para ello realizamos una serie de
pruebas basados en la construcción de un circuito en el cual se encontraba el
motor universal, el sensor para determinar la velocidad del motor y el PIC
previamente programado.
Las formas de onda fueron medidas en el osciloscopio de los laboratorios de la
universidad y al obtener la onda deseada tuvimos una mejor visión del proyecto
para continuar con su desarrollo.
Posteriormente requeríamos medir la velocidad del motor para establecer los
parámetros de funcionamiento del mismo y para ello recurrimos a solicitar ayuda
al Ingeniero Juan Buchelli el mismo que nos permitiera usar un tacómetro digital
del laboratorio de máquinas eléctricas II, el tacómetro nos dio una velocidad de
3585 rpm.
FIG 2. TACÓMETRO
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VIERNES 12 DE JUNIO DEL 2009
En este día se realizó en los laboratorios de la universidad las prácticas
correspondientes a PICs, una de las prácticas a desarrollar era el control de fase
en la cual debíamos regular la intensidad de un foco mediante un potenciómetro,
ésta práctica fue de gran utilidad para la realización del proyecto ya que existe
una gran similitud entre ellas. Por ejemplo para nuestro proyecto en lugar de
controlar la intensidad de un foco, debemos controlar la velocidad del motor por
ese motivo nos basamos en el circuito de esta práctica.
Los elementos utilizados en el control de fase como son el MOC 3020, el optotriac
4N25 y el BT136 son necesarios para poder realizar el respectivo control para el
motor, debemos investigar sus datasheets y comprobar que estos estén en
perfecto estado.
Acudimos diariamente a visitar la páginas Web en las cuales pudimos obtener
mucha información acerca de posibles soluciones para resolver el control de la
velocidad del motor, gracias a las páginas Web publicadas logramos obtener una
mejor visión de las soluciones viables que se pueden dar para el proyecto.
Además solicitamos en el CECASIS los diferentes software que requeríamos para la
solución del proyecto.
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SÀBADO 13 DE JUNIO DEL 2009
Una vez obtenidos los software nos dedicamos a investigar de las características
de la programación en Labview pero sobre todo y lo mas importante como vamos
a realizar la comunicación usb; encontramos que debemos utilizar NI-VISA para
conectar el dispositivo USB, la cual posee dos clases de recursos USB INSTR y USB
RAW.
Además no explican en un documento que debemos seguir una serie de pasos
para instalar el dispositivo USB; los principales son:
Crear un archivo INF usando el Drive Development Wizar
Instalar el archivo INF y el dispositivo Usb usando dicho archivo
El elemento Test con el NI-VISA interactive control
En este documento nos muestran mas detalladamente las instrucciones a seguir
para lograr la comunicación usb; lo cual lo vamos a adjuntar en los anexos para
facilitar la comprensión de todos aquellos que en lo posterior necesiten esta
información.
Tomamos en cuenta todas las disposiciones y explicaciones y lo llevamos a la
práctica; siempre y cuando hayamos anexado o incorporado las librerías
necesarias con ello comprobamos que es posible realizar comunicar usando NI-
VISA con el dispositivo e intentamos realizar la programación en lenguaje de
labview que para este ejemplo es sencillo de realizar y de esta manera nos
proporcionaba ideas para la realización de nuestro proyecto.
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JUEVES 18 DE JUNIO DEL 2009
En este día realizamos una profunda investigación acerca de la programación en
Java la cual la obtuvimos de diversas fuentes y una de ellas fue de la página web
creada para los estudiantes de electrónica la cual fue de gran utilidad.
Por otra parte de las diferentes prácticas de PICs que hemos venido realizando se
desarrolló la comunicación serial con usb en la cual seguimos los siguientes
pasos:
Primero llamar a los respectivos procedimientos del Usb, luego deshabilitar las
interrupciones de nivel de prioridad para luego proceder a configurar todos los
puertos como análogos etc.
Con los procedimientos realizados anteriormente se pudo lograr establecer una
comunicación usb la cual la aplicamos a nuestro proyecto.
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VIERNES 26 DE JUNIO DEL 2009
Este día se nos fue asignado para recibir ayuda por parte del Ing. Rodrigo Tufiño
el mismo que nos impartió diferentes archivos de la comunicación usb y la
programación en C#, el objetivo de esta clase fue orientarnos hacia nuestro
proyecto.
Para empezar con la clase tuvimos una previa revisión de los diferentes tipos de
conectores usb y se nos explico las principales diferencias de estos, luego
procedimos con la programación en C# en el cual se desarrollo un programa que
encendía y apagaba un led, para la realización de esta instrucción en C# se
declararon diversos tipos de librerías las cuales desempeñaban una especifica
función para manejar las respectivas instrucciones del funcionamiento del led.
Otra instrucción que desarrollaba el ejercicio propuesto era mostrar los valores de
los voltajes del led y desplegar la respectiva grafica del voltaje versus el tiempo.
Los resultados obtenidos con respecto al ejercicio propuesto fueron una excelente
guía para el desarrollo del proyecto ya que lo aplicamos en el control de la
velocidad del motor.
Los archivos que fueron enviados por el ingeniero Tufiño los adjuntaremos en los
anexos.
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LUNES 29 DE JUNIO DEL 2009
Continuamos con el diseño del circuito; principalmente en la etapa de control y
protección; utilizamos un triac que permite el control de fase y observar el ángulo
de disparo, con ello se puede contar los pulsos para observar y obtener el cruce
por cero.
También vamos hacer uso del opto acoplador que nos ayuda al control de fase y
protección porque nuestro motor va conectado a 110.
Además utilizamos un opto transistor el cual nos va a permitir detectar todos los
pulsos que muestra el sensor infrarrojo dependiendo de la velocidad del motor.
En la programación del micro controlador vamos a utilizar las interrupciones INT0
que detecta los pulsos que vienen de la red, el INT1 que sirve como contador de la
señal que envía el motor, así como también el TMR0 que genera la base del
tiempo en un segundo realizamos una serie de pruebas para comprobar que lo
que hemos diseñado está bien y de esta manera continuar con la programación
del microcontrolador para luego pasar a la comunicación de las interfaces.
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CAPITULO 3
3. MARCO TEÓRICO
3.1 INTRODUCCIÓN
En este capítulo se va a dar a conocer acerca de los diferentes elementos que nos
servirán para la creación del control de la velocidad del motor universal y la
comunicación USB.
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3.1.1Motor, Motor Universal, Características del Microcontrolador PIC18F2550,
Características del software LABVIEW 8.5, Comunicación usb entre el PIC y
LABVIEW.
MOTOR
Un motor es una máquina capaz de transformar la energía almacenada en
combustibles, baterías u otras fuentes, en energía mecánica capaz de realizar un
trabajo. En los automóviles este efecto es una fuerza que produce el movimiento.
TIPOS
MOTORES TÉRMICOS
Motores de combustión interna, son motores térmicos en los cuales se produce
una combustión del fluido motor, transformando su energía química en energía
térmica, a partir de la cual se obtiene energía mecánica.
MOTORES DE COMBUSTIÓN EXTERNA
Son motores térmicos en los cuales se produce una combustión en un fluido
distinto al fluido motor. El fluido motor alcanza un estado térmico de mayor
energía mediante la transmisión de energía a través de una pared.
MOTORES ELÉCTRICOS
Cuando el trabajo se obtiene a partir de una corriente eléctrica. En los
aerogeneradores, las centrales hidroeléctricas o los reactores nucleares también
se transforma algún tipo de energía en otro. Sin embargo, la palabra motor se
reserva para los casos en los cuales el resultado inmediato es energía mecánica.
CARACTERÍSTICAS GENERALES
Rendimiento: es el cociente entre la potencia útil que generan y la
potencia absorbida. Habitualmente se representa con la letra griega η.
Velocidad de giro o velocidad nominal: es la velocidad angular del
cigueñal, es decir, el número de radianes por segundo (rad/s) a las que gira.
Se representa por la letra n.
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Potencia: es el trabajo que el motor es capaz de realizar en la unidad de
tiempo a una determinada velocidad de giro. Se mide normalmente en
caballos de vapor (CV), siendo 1 CV igual a 736 vatios.
Par motor: es el momento de rotación que actúa sobre el eje del motor y
determina su giro. Se mide en kilográmetros (kgm) o newtons-metro (Nm),
siendo 1 kgm igual a 9,8 Nm. Hay varios tipos de pares, véanse por ejemplo
el par de arranque, el par de aceleración y el par nominal.
MOTOR UNIVERSAL
COMUNICACIÓN USB
Universal Serial Bus nació como un estándar industrial de expansión para el PC, en
especial énfasis para la telefonía y productos de consumo. Es una interfaz para la
transmisión serie de datos y distribución de energía. Provee una mayor velocidad
de transferencia comparado con el puerto Paralelo de 25-pin y el Serial DB-9.
CARACTERISTICAS GENERALES
Fácil uso a los usuarios
Flexibilidad
Ancho de banda isócrono
Amplia gama de aplicaciones y cargas de trabajo
Robustez
Implementación de bajo costo
VERSIONES
USB 1.1
1.5 – 12 Mbps
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USB 2.0
12 – 480 Mbps
USB 3.0
480 Mbps – 4.8 Gbps
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
Arquitectura
Bus punto a punto
Host – periférico
Máximo 127 disp.
Eléctrica
4 cables
Par trenzado Z=90 Ω
Mecánica
Dos conectores (A y B)
FIG.3 ESTRUCTURA DE LOS TIPOS DE CONECTORES
END POINT
Frecuencia de acceso al bus requerida
Ancho de banda requerido
Número de endpoint
Tratamiento de errores requerido
Máximo tamaño de paquete que el endpoint puede enviar o recibir
Tipo de transferencia para el endpoint
La orientación en la que se transmiten los datos
TIPOS DE TRANSFERENCIA
De Control
Asíncronas
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De Interrupción
Transferencia de Bultos (Bulk)
PROTOCOLO
FIG.4 DIAGRAMA DE UN PROTOCOLO
LABVIEW
INTRODUCCIÓN
LABVIEW es una herramienta gráfica para pruebas, control y diseño mediante la
programación. El lenguaje que usa se llama lenguaje G, donde la G simboliza que
es lenguaje Gráfico.
Los programas desarrollados con LABVIEW se llaman Instrumentos Virtuales, o VIs,
lo que da una idea de su uso en origen: el control de instrumentos. El lema de
LABVIEW es: "La potencia está en el Software". Entre sus objetivos están el reducir
el tiempo de desarrollo de aplicaciones de todo tipo y el permitir la entrada a la
informática a programadores no expertos.
APLICACIONES
Adquisición de datos y análisis matemático
Comunicación y control de instrumentos de cualquier fabricante
Automatización industrial y programación de PACs (Controlador de
Automatización Programable)
Diseño de controladores: simulación, prototipaje rápido, hardware-en-el-
ciclo (HIL) y validación
Diseño embebido de micros y chips
Control y supervisión de procesos
Visión artificial y control de movimiento
Robótica
Domótica
CARACTERÍSTICAS
Su principal característica es la facilidad de uso, también es muy rápido hacer
programas con LABVIEW Los programas en LABVIEW son llamados instrumentos
virtuales (VIs) Para los amantes de lo complejo, con LabVIEW pueden crearse
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programas de miles de VIs) para aplicaciones complejas, programas de
automatizaciones de decenas de miles de puntos de entradas/salidas, proyectos
para combinar nuevos VIs con VIs ya creados, etc. Incluso existen buenas
prácticas de programación para optimizar el rendimiento y la calidad de la
programación. El VIs estándard son VIs modulares y personalizables mediante
cableado y funciones que son elementos fundamentales de operación de LabView.
INTERFACES DE COMUNICACIONES
Puerto serie
Puerto paralelo
GPIB
PXI
VXI
TCP/IP , UDP, DataSocket
Irda
Bluetooth
USB
INTERACCIÓN CON OTROS LENGUAJES Y APLICACIONES
DLL : librerías de funciones
.NET
ActiveX
Multisim
Matlab /Simulink
AutoCAD, SolidWorks, etc
Herramientas gráficas y textuales para el procesado digital de
señales.
Visualización y manejo de gráficas con datos dinámicos.
Adquisición y tratamiento de imágenes.
Control de movimiento (combinado incluso con todo lo anterior).
Tiempo Real estrictamente hablando.
Programación de FPGAs para control o validación.
Sincronización entre dispositivos.
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PROGRAMA EN LABVIEW
Los programas no se escriben, sino que se dibujan, facilitando su comprensión. Al
tener ya pre-diseñados una gran cantidad de bloques, se le facilita al usuario la
creación del proyecto, se le permite invertir mucho menos tiempo y dedicarse un
poco más en la interfaz gráfica y la interactuación con el usuario final.
Cada VI consta de dos partes diferenciadas:
• PANEL FRONTAL: es la interfaz con el usuario, la utilizamos para
interaccionar con el usuario cuando el programa se esta ejecutando. Los
usuarios podrán observar los datos del programa actualizados en tiempo
real. En esta interfaz se definen los controles (los usamos como entradas,
pueden ser botones, marcadores etc..) e indicadores (los usamos como
salidas, pueden ser graficas ....)
• DIAGRAMA DE BLOQUES: es el programa propiamente dicho, donde se
define su funcionalidad, aquí se colocan iconos que realizan una
determinada función y se interconectan.
En el panel frontal, encontraremos todo tipos de controles o indicadores, donde
cada uno de estos elementos tienen asignado en el diagrama de bloques una
terminal, estos elementos serán las entradas y salidas que interactuarán con la
terminal del VI.
EJEMPLO
Se muestra un Diagrama de Bloques de un programa en el que se genera un array
de 100 elementos aleatorios, a continuación se hace la FFT de este array y se
muestra en una gráfica:
FIG . 5 EJEMPLO DE LOS COMANDOS EN LABVIEW
ALTERNATIVAS
LABVIEW se puede usar para crear muchos tipos de programas sin estar enfocado
a un ámbito en particular.
• Su álter ego es LabWindows/CVI de National Instruments lo cual permite de
usar las mismas funcionalidades pero con la programación en lenguaje C y
el acceso a las bibliotecas Win32 gracias al SDK de Windows.
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• Las mismas funcionalidades de instrumentación, análisis y controles
gráficos son también accesibles en Visual Basic, C++ o C# con Visual
Studio gracias a Measurement Studio de National Instruments. Así, se
puede disfrutar de la programación orientado a objetos y el framework
.NET.
• Las otras alternativas van desde lenguajes genéricos como C o Visual Basic
pero sin la ayuda de la bibliotecas de funcionalidades de National
Instruments, a otras herramientas gráficas como HP-VEE, ahora Agilent-VEE.
JAVA
Java es un lenguaje de programación orientado a objetos desarrollado por Sun
Microsystems a
principios de los anos 90. El lenguaje en si mismo toma mucha de su sintaxis de C
y C++, pero tiene
un modelo de objetos mas simple y elimina herramientas de bajo nivel, que suelen
inducir a
muchos errores, como la manipulacion directa de punteros o memoria.
Las aplicaciones Java estan tipicamente compiladas en un bytecode, aunque la
compilacion en
codigo maquina nativo tambien es posible. En el tiempo de ejecucion, el bytecode
es
normalmente interpretado o compilado a codigo nativo para la ejecucion, aunque
la ejecucion
directa por hardware del bytecode por un procesador Java tambien es posible.
La implementacion original y de referencia del compilador, la maquina virtual y las
librerias de
clases de Java fueron desarrolladas por Sun Microsystems en 1995. Desde
entonces, Sun ha
controlado las especificaciones, el desarrollo y evolucion del lenguaje a traves del
Java Community Process, si bien otros han desarrollado tambien
implementaciones alternativas de estas tecnologias de Sun, algunas incluso bajo
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licencias de software libre. Entre noviembre de 2006 y mayo de 2007, Sun
Microsystems libero la mayor parte de sus
tecnologias Java bajo la licencia GNU GPL, de acuerdo con las especificaciones del
Java Community Process, de tal forma que practicamente todo el Java de Sun es
ahora software libre (aunque la biblioteca de clases de Sun que se requiere para
ejecutar los programas Java todavia no es software libre).
Componentes
Bibliotecas de Java, que son el resultado de compilar el codigo fuente
desarrollado por quien
implementa la JRE, y que ofrecen apoyo para el desarrollo en Java. Algunos
ejemplos de estas
librerias son:
Las bibliotecas centrales, que incluyen:
Una coleccion de bibliotecas para implementar estructuras de datos como
listas, arrays,
arboles y conjuntos.
Bibliotecas para analisis de XML.
Seguridad.
Bibliotecas de internacionalización y localización.
Bibliotecas de integración, que permiten la comunicacion con sistemas
externos. Estas librerias
incluyen:
La API para acceso a bases de datos JDBC (Java DataBase Conectivity).
La interfaz JNDI (Java Naming and Directory Interface) para servicios de
directorio.
RMI (Remote Method Invocation) y CORBA para el desarrollo de aplicaciones
distribuidas.
Bibliotecas para la interfaz de usuario, que incluyen:
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El conjunto de herramientas nativas AWT (Abstract Windowing Toolkit), que
ofrece
componentes GUI (Graphical User Interface), mecanismos para usarlos y
manejar sus
eventos asociados.
Las Bibliotecas de Swing, construidas sobre AWT pero ofrecen
implementaciones no
nativas de los componentes de AWT.
APIs para la captura, procesamiento y reproduccion de audio.
Una implementacion dependiente de la plataforma en que se ejecuta de la
maquina
virtual de Java (JVM), que es la encargada de la ejecucion del codigo de las
librerias y las
aplicaciones externas.
Plugins o conectores que permiten ejecutar applets en los navegadores
Web.
Java Web Start, para la distribucion de aplicaciones Java a traves de
Internet.
Documentacion y licencia.
3 COMUNICACIÓN USB A TRAVÉS DE JAVA
3.1 JSR-80 API
El proyecto JSR-80 fue creado por Dan Streetman a IBM en 1999. En 2001, el
proyecto fue
aceptado como candidato para llegar a ser un estandar extendido del lenguaje
Java a traves de la
Solicitud de Especificacion Java (JSR). El proyecto que ahora se llama JSR-80 y ha
sido asignado
oficialmente el paquete Java javax.usb. El proyecto esta bajo la licencia Common
Public License y
es desarrollado utilizando la Java Community Process. El objetivo de este proyecto
es desarrollar
24
una interfaz USB para la plataforma Java que permitira el acceso pleno al sistema
USB para
cualquier aplicacion Java o componentes middleware. El JSR-80 API ofrece pleno
apoyo a la
transferencia de los cuatro tipos que se definen por la especificacion USB.
Actualmente, la
implementacion de la API para Linux trabaja en las mas recientes distribuciones
de GNU / Linux
con soporte kernel 2.4, tales como Red Hat 7.2 y 9.0.
El proyecto JSR-80 incluye tres paquetes: javax-usb (API javax.usb), javax-usb-ri (la
parte comun
del sistema operativo independiente de la implementacion de referencia), y javax-
usb-ri-linux (la
implementacion de referencia para la plataforma Linux, que conecta la
implementacio de
referencia comun a la pila USB de Linux USB). Las tres partes son necesarias para
lograr un
completo funcionamiento de API java.usb en la plataforma Linux.
Aunque la dependencia del sistema operativo de la implementacion de la JSR-80
API varia de un sistema operativo a otro, el programador de Java debe entender
solo el paquete javax.usb para iniciar el desarrollo de aplicaciones. En el siguiente
recuadro se enumeran las interfaces y clases en javax.usb con la que un
programador Java debe estar familiarizado:
25
Tabla 1. Interfaz y Descripcion de los USB
El procedimiento normal para acceder a un dispositivo USB con el JSR-80 API es el
siguiente:
1. Arrancar obteniendo el apropiado UsbServices de la UsbHostManager.
2. Acceda a la raíz a través del centro UsbServices. El concentrador raíz está
considerado como una
UsbHub en la solicitud.
3. Obtenga una lista de los UsbDevices que están conectados a la raíz central.
Recorra a través de todos los centros de nivel inferior para encontrar el apropiado
UsbDevice.
4. Interactuar con el UsbDevice directamente con un mensaje de control
(UsbControlIrp), o
reclamar una UsbInterface de la apropiada UsbConfiguration del UsbDevice y
realizar I / O con el UsbEndpoint disponible en la UsbInterface.
5. Si un UsbEndpoint se utiliza para realizar I / O, abra la UsbPipe asociada a el.
Puede presentarse ya sea sincronica o asincronicamente tanto las fases de
26
upstream data (desde el dispositivo USB alcomputador central) y downstream
data (desde el ordenador host para el dispositivo USB) a través de la UsbPipe.
6. Cerrar la UsbPipe y libere la apropiada UsbInterface cuando la aplicacion ya no
necesita tener acceso al UsbDevice.
27
4.2 Desarrollo de la etapa 1
4.2.1 ALIMENTACIÓN
La alimentación se obtiene de la comunicación USB la misma que entrga 5V y
GND(Tierra). A continuación se muestra los cálculos que se realizaron para
alimentación:
28
Nota: Para mantener la misma relación y bajar la potencia puede ser
Potenciómetro=10k y una resistencia de 150k; sin embargo la corriente baja de
0,968mA y habrá que revisar el datasheet del 4N25 para ver si conmuta ese valor
de corriente.
4.3 Desarrollo de la etapa 2
4.3.1 MICROCONTROLADOR
El PIC se encarga de generar los pulsos clock y datos que son enviados a la
pantalla. En nuestro proyecto utilizamos el microcontrolador PIC16F877A porque
este posee 5 puertos de entrada-salida de los cuales 33 pines están destinados a
ésta función
Otras ventajas de la utilización del PIC16F877A es que los microcontroladores que
produce Microchip cubren una amplio rango de dispositivos cuyas características
pueden variar como sigue:
- Empaquetado (desde 8 patitas hasta 68 patitas)
- Tecnología de la memoria incluída (EPROM, ROM, Flash)
- Voltajes de operación (desde 2.5 v. Hasta 6v)
- Frecuencia de operación (Hasta 20 Mhz)
4.4 Desarrollo de la etapa 3
4.4.1 ETAPA DE POTENCIA
Para probar solo la etapa de potencia, antes de conectar 5Vcc a los terminales que
van al opto (OUT PIC al positivo y REF PIC al negativo). El motor se debe prender
cuando se energiza y detenerse cuando se desenergiza.
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Se debe tener mucho cuidado con el TRANSISTOR DE CONMUTACIÓN para evitar
que se recaliente, es necesario toparle con cuidado la carcasa y si se está
recalentando poner un disipador de calor, aunque la corriente con la que se esta
trabajando debe ser baja.
Cuando se toque la carcasa del transistor tener cuidado y tocarla solo cuando esta
energizado el opto; ya que el voltaje entre colector y emisor es solamente de 2V, y
por el contrario cuando no está energizado existe aproximadamente unos 155V
DC entre colector y emisor y la carcasa del transistor por lo general es colector.
Si se ocupa el divisor de voltaje para el opto, primero debemos calibrar con el
potenciómetro hasta obtener los 5V DC y luego conectar y una vez que que se
encuentre conectado y funcionamiento se volverá a calibrar el potenciómetro.
Es necesario colocar un fusible en la línea de alimentación DC para evitar algún
inconveniente.
Realizar las conexiones correctamente ya que si hay algún tipo de error se puede dañar el
circuito.
BR1
GBPC800
FU1
1A
C1100n
D11N4007
6
5
4
1
2
U1
OPTOCOUPLER-NPN
R1
1k
R2
1k
R35k6
V11V
Q1BU806
12
J1
CONN-SIL2
FIG.6 Diagrama de la etapa de potencia
4.5 DESARROLLO DE LA ETAPA 4
4.5.1 5V DC AISLADOS
Esta alimentación está aislada de la alimentación del USB y está arada con un
transformador, es la encargada de alimentar el transistor interno del opto
transistor.
30
4.5.2 ALIMENTACION 110V DC
El voltaje de la red es rectificado para obtener una alimentación en DC para el
circuito de potencia para el motor universal para de esta manera para tener
facilidad de controlar al motor.
4.6 DIAGRAMA DE FLUJO
31
INICIO
DECLARACIÓN DE VARIABLES
CÓDIGO DE LA INTERFAZ USB
CÓDIGO DE LA INTERRUPCIÓN DEL TIMER
EXTERNO
CONTROL DE LOSPULSOS DEL MOTOR
SENSOR=ON
2
FIN
CUENTA LOS PULSOS PORCADA REVOLUCIÓN CENSADA
GUARDA EN LA VARIABLE
N
REV<0
ERROR EN ELSISTEMA
FIN
PIC: CALCULA LA VELOCIDADV=N*398,33
GUARDA V COMO VARIABLE STRING
ENVIA DATO PIC- PCY RECIBE DATO PIC-PC
ENVIA LA SEÑAL ALMICRO 18F2550
1
SINO
SINO
32
1
PIN C2=1ON
EL MOTOR PERMANECE
APAGADO
ENCIENDE MOTOR
MUESTRA GRAFICA
LEER SENSOR INFRARROJO
FIN
33
CAPÍTULO 5
5. ANÁLISIS DE COSTOS
INTRODUCCION
En este capítulo se realizará el análisis de los costos que se requieren para la
creación del medidor de velocidad de un motor universal, mostramos a
continuación el costo total del proyecto el mismo que puede ser tomado como
referencia para quienes deseen realizar el control de la velocidad de un motor.
5.1 ANÁLISIS GENERAL DE COSTOS
ELEMENTOS ELECTRÓNICOS $36.55
MOTOR UNIVERSAL $15.00
INVESTIGACIÓN $12.00
El total del proyecto está en un costo aproximado de $64.00
Estos son los costos que tuvimos que realizar para poder desarrollar la
comunicación USB- PIC y la aplicación que en este caso es el Medidor de
Velocidad.
CAPÍTULO 6
6. Pruebas realizadas con respecto a normas de diseño
Para el diseño del medidor de velocidad de un motor universal desde una PCse
realizó un proceso minucioso en el cual realizamos ciertos cambios a lo largo de su
proceso, como por ejemplo realizamos diversos circuitos para poder realizar la
comunicación y el control entre la PC y el motor universal.
Se realizaron ciertos cambios en la programación con el único fin de acoplar de
una mejor manera el proyecto.
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
7.1 CONCLUSIONES
• Logramos establecer la comunicación del puerto USB con el PIC 18F2550
utilizando las librerías necesarias para la debida programación.
• Hemos podido diseñar y construir un circuito para el control de la velocidad
del motor universal en la que se estableció la comunicación USB.
• Mediante un panel de control el Labview pudimos manejar los diferentes
niveles de velocidad del motor.
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• A través de la práctica realizada se logro desarrollar un software que sea
capaz de comunicarse con circuitos eléctricos y aplicaciones realizadas en
el laboratorio.
7.2 RECOMENDACIONES
• Sugerimos que los proyectos enviados no sean de costos muy elevados ya
que en ciertas ocasiones estos costos no se encuentran a nuestro alcance y
posibilidades.
• Sugerimos que el proyecto sea detallado minuciosamente para evitar
confusiones al momento de presentar el mismo.
• Proponemos que para la realización de este proyecto tener una previa
capacitación a cerca de programación en los tres lenguajes, debido a que
no poseemos los conocimientos necesarios y es indispensable.
• En el momento de realizar las placas para los circuitos tenemos que tener
en cuenta el ancho de la pista debido a la corriente.
• Realizar un control permanente de la frecuencia envía al motor ya que
puede dañar su bobinado.
BIBLIOGRAFÍA DE PÁGINAS WEB.
Malvino, Paul. “Principios de ElectrónicaÓ. McGraw-Hill. 5ª. Edición México1998.
· Savant, J.C. Diseño ElectrónicoÓ. Adisson Wesley 2ª. Edición México 1992.
· Boylestad, Robert.: “Electrónica: Teoría de CircuitosÓ. Prentice-Hall. 2ª. Edición
México 1997.
· Rashid, Muhammad H.: “Electrónica de Potencia, circuitos dispositivos y
aplicacionesÓ. Prentice-Hall.Hispanoamerica. 1995.
BIBLIOGRAFÍA DE LIBROS
CARLOS NOVILLO M, “Sistemas DigitalesÓ, Quito-Ecuador, 2000.
CARLOS REYES A, “Microcontroladores PIC 16F62X-16F8XX-16F87XÓ, Segunda
Edición, Editorial RISPERGRAF, Quito-Ecuador, 2006.
35
DIAGRAMA DEL CIRCUITO.
36
ANTECEDENTES:
Tesis de Robotica e Inteligencia Artificial de la UPS
CODIGO: T629.892E776
TITULO: Diseño e implementación de una tarjeta de adquisición de datos
mediante un puerto usb con driver en torno visual.
DIRECTOR: ING. Carlos Pillajo
AÑO:2006
DATOS DEL MOTOR UNIVERSAL:
2 polos, 50.8A, Modulo YOK SEWING , 70W DE ENTRADA , 100V-122V
HOJAS DE DATOS DEL PIC18F2550
37
HOJA DE DATOS DEL 4N25
38
39
PANEL DE CONTROL EN LABVIEW
DESARROLLO DEL POGRAMA EN LABVIEW
CÓDIGO UTILIZADO EN LA PROGRAMACIÓN(MICROBASIC)
40
program Interfaz_usb
include "USBdsc"
dim
k, i, ch, x as byte
valor as string[8]
userWR_buffer as byte[64]
userRD_buffer as byte[64]
'******************************************************************************
' Main Interrupt Routine
'******************************************************************************
sub procedure interrupt
'** this is a way to call a procedure from interrupt
HID_InterruptProc
end sub
'******************************************************************************
sub procedure init_velosidad1
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
41
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(30)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad2
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(60)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad3
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
42
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(90)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad4
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(120)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad5
x = 0
43
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(150)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad6
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(180)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad7
44
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(210)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_velosidad8
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(240)
next x
pwm_stop
45
end sub
sub procedure init_velosidad9
x = 0
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start ' Start PWM
for x=0 to 100
Delay_us(500)
Pwm_Change_Duty(255)
next x
pwm_stop
end sub
sub procedure init_apagar
PORTC = $FF ' Initialize PORTC
Pwm_Init(5000) ' Initialize PWM module, freq = 5kHz.
Pwm_Start
pwm_stop
end sub
'******************************************************************************
' Initialization Routine
'******************************************************************************
sub procedure Init_Main
46
'--------------------------------------
' Disable interrupts
'--------------------------------------
INTCON = 0 ' Disable GIE, PEIE, TMR0IE,INT0IE,RBIE
INTCON2 = 0xF5
INTCON3 = 0xC0
RCON.IPEN = 0 ' Disable Priority Levels on interrupts
PIE1 = 0
PIE2 = 0
PIR1 = 0
PIR2 = 0
ADCON1 = ADCON1 or 0x0F ' Configure all ports with analog function as digital
'--------------------------------------
' Ports Configuration
'--------------------------------------
TRISA = 0
TRISB = $FF
TRISC = $FF
'TRISD = 0
'TRISE = 0x07
LATA = 0LATB = 0LATC = 0'LATD = 0
'LATE = 0
end sub
47
'******************************************************************************
' Main Program Routine
'******************************************************************************
main:
Init_Main()
HID_Enable(@userRD_buffer, @userWR_buffer)
Delay_mS(1000)
Delay_mS(1000)
while true
k = HID_Read()
i = 0
while i < k
ch = userRD_buffer[0]
userWR_buffer[0] = ch
bytetostr(ch,valor)
HID_Write(@valor, 1)
inc(i)
select case ch
48
case "0"
init_apagar()
case "1"
init_velosidad1()
case "2"
init_velosidad2()
case "3" init_velosidad3()
case "4"
init_velosidad4()
case "5"
init_velosidad5()
case "6"
init_velosidad6()
case "7" init_velosidad7()
case "8"
init_velosidad8()
case "9"
init_velosidad9()
end select
49
wend
wend
HID_Disable()
end.
FOTOS
50
51
52