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Plataforma Móvil Multipropósito

AUTOR: Sergio Rozas Molina.DIRECTOR: José Luis Ramírez Falo.

FECHA: Noviembre 2003.

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Agradecimientos:

Dedicado a todas aquellas personas que han hecho posible finalizar este trabajo,desde mi compañero de proyecto y el director del proyecto, con quien tantas horas e ideashemos compartido, pasando por los amigos que han aguantado mis explicaciones, y mehan aportado ideas, hasta mi familia por su confianza en mí. Especialmente a mis padrespor todo el apoyo que siempre me han dado, y a mi mujer por animarme a continuar ydarme todo su cariño.

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1 Índice

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1 ÍNDICE 3

2 MEMORIA. 12

2.1 ORIGEN DEL PROYECTO................................................................................................. 132.1.1 PROPUESTA PLANTEADA. 132.1.2 ASENTAMIENTO DE LAS BASES DEL PFC. 132.2 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 142.3 POSIBLES SOLUCIONES................................................................................................... 152.3.1 C.P.U 152.3.2 TRACCIÓN 152.3.3 DIRECCIÓN 162.3.4 DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS 182.3.4.1 Detección Correctiva 182.3.4.2 Detección Preventiva 192.3.5 ENERGÍA UTILIZADA 202.3.6 COMUNICACIÓN CON EL EXTERIOR 212.3.6.1 Enviar información al exterior 212.3.6.2 Recibir información del exterior 212.3.7 PERCEPCIÓN DEL MOVIMIENTO 222.3.7.1 Encoders 222.3.7.2 Sistema laser de captación de movimiento. 232.3.7.3 Elementos ópticos (infrarojos) 232.3.8 PLATAFORMA A UTILIZAR 232.3.9 OTROS POSIBLES DISPOSITIVOS DE AMPLIACIÓN 232.4 SOLUCIÓN ADOPTADA .................................................................................................... 242.4.1 DESCRIPCIÓN DE LA SOLUCIÓN ADOPTADA 252.5 MÓDULO DE TRACCIÓN MS1/TR................................................................................... 272.5.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 272.5.2 CONEXIONADO: 272.5.3 CARACTERÍSTICAS: 272.5.4 PRINCIPIOS TEÓRICOS: 272.5.4.1 Ecuaciones: 282.5.4.2 Descripción de los Parámetros: 282.5.4.3 Aplicaciones 292.5.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO (HARDWARE): 292.5.6 LISTA DE COMPONENTES 312.5.7 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES 322.5.8 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 332.5.9 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 332.5.10 CONCLUSIONES DEL MÓDULO DE TRACCIÓN 332.6 MÓDULO DE DIRECCIÓN MB1/DR................................................................................. 342.6.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 342.6.2 CONEXIONADO: 342.6.3 CARACTERÍSTICAS: 342.6.4 PRINCIPIOS TEÓRICOS: 342.6.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 352.6.6 LISTA DE COMPONENTES 362.6.7 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES. 382.6.8 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 40

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2.6.9 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 402.6.10 CONCLUSIONES DEL MÓDULO DE DIRECCIÓN 402.7 MÓDULO DE POSICIÓN Ó ENCODER ME1/EN................................................................ 412.7.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 412.7.2 CONEXIONADO: 412.7.3 CARACTERÍSTICAS: 412.7.4 PRINCIPIOS TEÓRICOS: 422.7.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 422.7.6 LISTA DE COMPONENTES 452.7.7 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES 472.7.8 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR: 482.7.9 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 482.7.10 CONCLUSIONES DEL MÓDULO DEL ENCODER 492.8 MÓDULO DE CONSOLA DE MANDO ME2/CM................................................................ 502.8.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 502.8.2 CONEXIONADO: 502.8.2.1 Puerto A: 502.8.2.2 Puerto B: 502.8.3 CARACTERÍSTICAS: 512.8.4 PRINCIPIOS TEÓRICOS: 512.8.4.1 Aplicaciones 512.8.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO 512.8.6 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES. 512.8.7 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR: 522.8.8 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 522.9 MÓDULO DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS MB1/DO. ................................................... 532.9.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 532.9.2 CONEXIONADO: 532.9.3 CARACTERÍSTICAS: 532.9.4 PRINCICIPIOS TEÓRICOS. 542.9.4.1 Unidad Emisor-Receptor 542.9.4.1.1 Estructura en Posición Paralela. ..................................................................... 542.9.4.1.2 Estructura en Posición Focal. ......................................................................... 552.9.4.2 Configuración de localización exacta: 552.9.4.2.1 Medición de Distancias.................................................................................. 562.9.4.2.2 Localización espacial de objetos .................................................................... 572.9.4.2.2.1 Localización Espacial Mediante un Emisor y Dos Receptores .................. 582.9.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 602.9.6 LISTA DE COMPONENTES 612.9.7 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES 632.9.8 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR: 642.9.9 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 642.9.10 CONCLUSIONES DEL MÓDULO DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS 652.10 MÓDULO DE VISUALIZACIÓN MS1/VI. ........................................................................ 662.10.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 662.10.2 CONEXIONADO: 662.10.3 CARACTERÍSTICAS: 662.10.4 PRINCICIPIOS TEÓRICOS. 662.10.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 672.10.6 LISTA DE COMPONENTES 672.10.7 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES. 692.10.8 DIAGRAMA LÓGICO DEL CONTROLADOR: 702.10.9 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 702.10.10 CONCLUSIONES DEL MÓDULO DE VISUALIZACIÓN. 712.11 MÓDULO DE TRANSMISIÓN DE DATOS MB1/TX. ......................................................... 72

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2.11.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 722.11.2 CONEXIONADO: 722.11.3 CARACTERÍSTICAS: 722.11.4 PRINCICIPIOS TEÓRICOS. 732.11.4.1 Puerto Serie: 732.11.4.2 Protocolo: 742.11.5 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 752.11.6 MONTAJE DEL MÓDULO Y PRUEBAS FUNCIONALES 772.12 MÓDULO DE CONTROL CENTRAL MB8/CC. ................................................................ 782.12.1 DESCRIPCIÓN GENERAL: 782.12.2 CONEXIONADO: 782.12.3 DESCRIPCIÓN DE DISEÑO Y FUNCIONAL DEL MÓDULO FÍSICO: 792.12.3.1 Bloque de Oscilación: 792.12.3.1.1 Oscilador Pierce........................................................................................... 792.12.3.1.2 Dispositivo Oscilador Integrado ................................................................... 792.12.3.1.3 Implementación Hardware. .......................................................................... 802.12.4 FUNCIONAMIENTO DEL CONTROLADOR DEL MÓDULO: 802.13 PLATAFORMA UTILIZADA. ........................................................................................... 812.13.1 SELECCIÓN DE LA 1 ª PLATAFORMA 812.13.2 MODIFICACIONES Y AJUSTES. 822.13.3 PLATAFORMA FABRICADA 822.13.4 MÓDULO DE DETECCIÓN FRONTAL (ME1_TF) 832.14 RESULTADOS OBTENIDOS............................................................................................. 852.15 CONCLUSIONES............................................................................................................. 862.16 POSIBLES AMPLIACIONES Y APLICACIONES DEL PROYECTO ...................................... 872.16.1 DESARROLLO DE NUEVOS MÓDULOS 872.16.1.1 Módulo de Alimentación 872.16.1.2 Detección de Suelo 872.16.1.3 Termómetro, Luxómetro 872.16.1.4 Placas solares 882.16.1.5 Control de Inclinación 882.16.1.6 Control de consumo de motores 882.16.1.7 Torreta para sensores de ultrasonidos (con giro controlado) 882.16.1.8 Módulo de Memoria 882.16.2 AMPLIACIÓN DE LOS MÓDULOS ACTUALES 892.16.2.1 Módulo de detección de obstáculos (ultrasonidos) 892.16.2.2 Módulo de encoder 892.16.2.3 Plataforma 892.16.2.4 Módulo de Transmisión 892.16.3 POSIBLES APLICACIONES DEL PROYECTO 892.17 ENSAYOS REALIZADOS ................................................................................................. 902.17.1 ULTRASONIDOS 902.17.1.1 Definición de Ultrasonidos 902.17.1.2 Aplicaciones y Características. 902.17.1.3 Dispositivos Seleccionados (características) 912.17.1.4 Dispositivo Emisor (generador de 40 KHz) 942.17.1.5 Dispositivo Receptor (señal recibida) 952.17.1.6 Amplificación de señal 952.17.1.7 Problemas e inconvenientes 962.17.1.8 Efecto Doppler. 962.17.2 INTERRUPTOR ÓPTICO 982.17.2.1 Principios y Funcionamiento 982.17.2.2 Aplicaciones y características 982.17.2.3 Circuitería 982.17.2.4 Utilidades dentro del prototipo 99

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2.18 DESARROLLO DEL SOFTWARE...................................................................................... 99

3 PRESUPUESTO 100

3.1 PRESUPUESTO DEL PROTOTIPO GENERADO (HARDWARE). ......................................... 1013.1.1 MÓDULOS UTILIZADOS. 1013.1.1.1 Módulo MS1/TR (Tracción). 1013.1.1.1.1 Cuadro de Precios........................................................................................ 1013.1.1.1.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1013.1.1.1.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1013.1.1.1.1.3 Fabricación y Montaje........................................................................... 1023.1.1.1.2 Aplicación de precios. ................................................................................. 1023.1.1.1.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1023.1.1.1.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1033.1.1.1.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1033.1.1.1.3 Resumen del presupuesto del Módulo MS_TR1 (Tracción) .......................... 1033.1.1.2 Módulo MB1/TR (Dirección). 1043.1.1.2.1 Cuadro de Precios........................................................................................ 1043.1.1.2.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1043.1.1.2.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1053.1.1.2.1.3 Fabricación y montaje. .......................................................................... 1053.1.1.2.2 Aplicación de Precios .................................................................................. 1063.1.1.2.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1063.1.1.2.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1073.1.1.2.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1073.1.1.2.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DR (Dirección). ...................... 1083.1.1.3 Módulo ME1/EN (Encoder). 1093.1.1.3.1 Cuadro de Precios........................................................................................ 1093.1.1.3.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1093.1.1.3.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1093.1.1.3.1.3 Fabricación y Montaje.. ......................................................................... 1103.1.1.3.2 Aplicación de Precios .................................................................................. 1103.1.1.3.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1103.1.1.3.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1113.1.1.3.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1113.1.1.3.3 Resumen del Presupuesto del Módulo ME1_EN (Encoder). ......................... 1113.1.1.4 Módulo MB1/DO (Detector de Ultrasonidos). 1123.1.1.4.1 Cuadro de Precios (Emisor) ......................................................................... 1123.1.1.4.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1123.1.1.4.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1123.1.1.4.1.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1123.1.1.4.2 Aplicación de Precios (Emisor).................................................................... 1133.1.1.4.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1133.1.1.4.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1133.1.1.4.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1143.1.1.4.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DO (Ultrasonidos - Emisor). ... 1143.1.1.4.4 Cuadro de Precios (Receptor) ...................................................................... 1153.1.1.4.4.1 Material Utilizado.................................................................................. 1153.1.1.4.4.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1153.1.1.4.4.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1153.1.1.4.5 Aplicación de Precios (Receptor)................................................................. 1163.1.1.4.5.1 Material Utilizado.................................................................................. 1163.1.1.4.5.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1163.1.1.4.5.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 117

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3.1.1.4.6 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DO (Ultrasonidos - Receptor).. 1173.1.1.5 Módulo MS1/VI (Visualización). 1183.1.1.5.1 Cuadro de Precios........................................................................................ 1183.1.1.5.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1183.1.1.5.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1183.1.1.5.1.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1183.1.1.5.2 Aplicación de Precios .................................................................................. 1193.1.1.5.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1193.1.1.5.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1193.1.1.5.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1203.1.1.5.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MS1_VI (Visualización). .................. 1203.1.1.6 Módulo MB8/CC (Control Central). 1213.1.1.6.1 Cuadro de Precios........................................................................................ 1213.1.1.6.1.1 Material Utilizado.................................................................................. 1213.1.1.6.1.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1213.1.1.6.1.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1213.1.1.6.2 Aplicación de Precios .................................................................................. 1223.1.1.6.2.1 Material Utilizado.................................................................................. 1223.1.1.6.2.2 Diseño Técnico...................................................................................... 1223.1.1.6.2.3 Fabricación y Montaje. .......................................................................... 1233.1.1.6.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB8_CC (Visualización).................. 1233.1.1.7 Resumen Global de los Módulos. 1243.1.1.7.1 Material....................................................................................................... 1243.1.1.7.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1243.1.1.7.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1253.1.1.7.4 Resumen Global del Presupuesto de los Módulos......................................... 1253.1.2 ACCESORIOS NECESARIOS. 1263.1.2.1 Cuadro de Precios 1263.1.2.1.1 Material Utilizado........................................................................................ 1263.1.2.1.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1263.1.2.1.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1263.1.2.2 Aplicación de Precios 1273.1.2.2.1 Material Utilizado........................................................................................ 1273.1.2.2.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1273.1.2.2.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1273.1.2.2.4 Resumen del Presupuesto de los Accesorios................................................. 1283.1.3 PRUEBAS REALIZADAS. 1293.1.3.1 Cuadro de Precios 1293.1.3.1.1 Material Utilizado........................................................................................ 1293.1.3.1.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1293.1.3.1.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1293.1.3.2 Aplicación de Precios 1293.1.3.2.1 Material Utilizado........................................................................................ 1293.1.3.2.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1303.1.3.2.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1303.1.3.2.4 Resumen del Presupuesto de los Accesorios................................................. 1303.1.4 MATERIAL DE AMORTIZACIÓN. 1313.1.4.1 Cuadro de Precios 1313.1.4.1.1 Material Utilizado........................................................................................ 1313.1.4.1.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1313.1.4.1.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 1313.1.4.2 Aplicación de Precios 1323.1.4.2.1 Material Utilizado........................................................................................ 1323.1.4.2.2 Diseño Técnico............................................................................................ 1323.1.4.2.3 Fabricación y Montaje. ................................................................................ 132

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3.1.4.2.4 Resumen del Presupuesto del material de Amortización. .............................. 1333.1.5 RESUMEN PRESUPUESTO DEL PROTOTIPO (HARDWARE). 1343.1.5.1 Presupuesto de Ejecución Material (Material) 1343.1.5.2 Presupuesto de Ejecución Material (Diseño Técnico) 1343.1.5.3 Presupuesto de Ejecución Material (Fabricación y Montaje) 1353.1.5.4 Resumen del Presupuesto de Ejecución Material. 1353.2 PRESUPUESTO DE PUESTA EN FABRICACIÓN. .............................................................. 1363.2.1 DESCRIPCIÓN DE CONDICIONANTES. 1363.2.1.1 Compra de Materiales 1363.2.1.2 Coste de Fabricación. 1363.2.2 EJEMPLO DE UNIDADES DE FABRICACIÓN. 1373.2.2.1 Presupuesto de Desarrollo de 50.000 Unidades: 1373.2.2.2 Presupuesto de Desarrollo de 5.000 Unidades: 1383.2.2.3 Presupuesto de Desarrollo de 500 Unidades: 1393.2.2.4 Presupuesto de Desarrollo de 50 Unidades: 1403.3 PRESUPUESTO DE DESARROLLO DE PUESTOS DE TRABAJO......................................... 1413.3.1 PUESTO COMPLETO (PLATAFORMA COMPLETA): 1413.3.2 PUESTO MÉDIO (CONTROL, TRACCIÓN, DIRECCIÓN Y DETECCIÓN): 1413.3.3 PUESTO BÁSICO (UN SOLO MÓDULO): 142

4 PLANOS. 143

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Índice de Ilustracións:

ILUSTRACIÓN 1. GIRO MEDIANTE MOTORES EN CONTRAPOSICIÓN. 16ILUSTRACIÓN 2. GIRO MEDIANTE UNA SOLA RUEDA. 17ILUSTRACIÓN 3 TRICICLO CON DOS RUEDAS MOTRICES. 17ILUSTRACIÓN 4. GIRO MEDIANTE UN EJE CON DOS RUEDAS 18ILUSTRACIÓN 5. EJEMPLO DE DISPOSICIÓN DE FINALES DE CARRERA 19ILUSTRACIÓN 6. EJEMPLO DEL FUNCIONAMIENTO DE LA BARRERA DE FINALES DE CARRERA 19ILUSTRACIÓN 7. DIFERENCIA ENTRE SENSORES CÓNICOS Y PUNTUALES 20ILUSTRACIÓN 8. DISPOSICIÓN DE LOS ENCODERS 22ILUSTRACIÓN 9. FUNCIONAMIENTO BÁSICO CON DOS ENCODERS 22ILUSTRACIÓN 10: CONECTOR DEL BUS DEL SISTEMA. 24ILUSTRACIÓN 11. RELACIÓN ENTRE LOS CICLOS 28ILUSTRACIÓN 12. DEPENDENCIA DE LA DURACIÓN DE LA SALIDA RESPECTO A LA ENTRADA. 29ILUSTRACIÓN 13. VARIADOR DE CORRIENTE CONTINUA CON TRANSISTORES EN CONMUTACIÓN , (MONTAJE EN

PUENTE) 29ILUSTRACIÓN 14. ESQUEMA LÓGICO IMPLEMENTADO EN EL MÓDULO MS1_TR 30ILUSTRACIÓN 15. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO MS1-TR 32ILUSTRACIÓN 16. CONSUMOS DEL MOTOR DE TRACCIÓN 32ILUSTRACIÓN 17. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR 33ILUSTRACIÓN 18 EJEMPLOS DE CODIFICACIÓN EN EL MÓDULO DE DIRECCIÓN 35ILUSTRACIÓN 19. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO MB1-DR 38ILUSTRACIÓN 20. SENSOR ÓPTICO UTILIZADO 39ILUSTRACIÓN 21 MONTAJE FINAL DE LOS SENSORES DEL MÓDULO DE DETECCIÓN. 39ILUSTRACIÓN 22. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR 40ILUSTRACIÓN 23: TRAZO DE LOS ENCODERS EN EL DESPLAZAMIENTO 42ILUSTRACIÓN 24: SITUACIÓN DE LOS SENSORES EN UNA RUEDA DEL ENCODER. 42ILUSTRACIÓN 25 CODIFICACIÓN DEL SENTIDO DE GIRO EN EL ENCODER 43ILUSTRACIÓN 26. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO ME1-EN 47ILUSTRACIÓN 27 RUEDA FABRICADA PARA LA REALIZACIÓN DEL ENCODER 47 ILUSTRACIÓN 28. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR. 48ILUSTRACIÓN 29. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR. 52ILUSTRACIÓN 30. ESTRUCTURA PARALELA 54ILUSTRACIÓN 31. ESTRUCTURA FOCAL 55ILUSTRACIÓN 32 EJEMPLOS A LA HORA DE LOCALIZAR OBJETOS 57ILUSTRACIÓN 33 LOCALIZACIÓN ESPACIAL DE OBJETOS 58ILUSTRACIÓN 34. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO MB1-DO (PLACA CENTRAL) 63ILUSTRACIÓN 35. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO MB1-DO (PLACA RECEPTOR) 63ILUSTRACIÓN 36. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR. 64ILUSTRACIÓN 37. MONTAJE FINAL DEL MÓDULO MS1-VI 69ILUSTRACIÓN 38. BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR. 70ILUSTRACIÓN 39. COMUNICACIÓN ENTRE 2 DISPOSITIVOS VÍA RS-232. 73ILUSTRACIÓN 40. ASIGNACIÓN DE PATILLAJE PARA CONECTORES DB-25. 73ILUSTRACIÓN 41. ESQUEMA CLÁSICO DE ADAPTACIÓN DE LÍNEA. 75ILUSTRACIÓN 42. ADAPTACIÓN DE LÍNEA MEDIANTE UN DISPOSITIVO MAX232. 76ILUSTRACIÓN 43. ADAPTACIÓN DE LÍNEA MEDIANTE UN DISPOSITIVO DS275. 76ILUSTRACIÓN 44. SEÑALES RS-232 EN UN CONECTOR DB9. 77ILUSTRACIÓN 45 DISPOSICIÓN DE LOS DIFERENTES PUERTOS EN EL MÓDULO DE CONTROL CENTRAL 78ILUSTRACIÓN 46. CONFIGURACIÓN DE UN OSCILADOR CMOS 79ILUSTRACIÓN 47. DISPOSITIVO OSCILADOR INTEGRADO. 79ILUSTRACIÓN 48. IMPLEMENTACIÓN DEL CIRCUITO OSCILADOR EN PLACA. 80ILUSTRACIÓN 49 PLATAFORMA INICIAL SELECCIONADA 81ILUSTRACIÓN 51 DETALLE DEL SISTEMA DE GIRO DE LA PLATAFORMA 82ILUSTRACIÓN 52 PLATAFORMA DEFINITIVA FABRICADA. 83ILUSTRACIÓN 53 LEVA DE SITUACIÓN DEL EJE DIRECCIONAL. 83ILUSTRACIÓN 54 BLOQUE FUNCIONAL DEL CONTROLADOR 83ILUSTRACIÓN 55 IMAGEN DEL MÓDULO IMPLEMENTADO 84ILUSTRACIÓN 56 SITUACIÓN DE LOS SENSORES 84ILUSTRACIÓN 57 SENSOR DE ULTRASONIDOS 92

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ILUSTRACIÓN 58 SENSIBILIDAD - DIRECCIONABILIDAD RECEPTOR DE ULTRASONIDOS (MA40B8R) 92ILUSTRACIÓN 59 SENSIBILIDAD - DIRECCIONABILIDAD EMISOR DE ULTRASONIDOS (MA40B8S) 92ILUSTRACIÓN 60 SENSIBILIDAD (MA40B8R) 93ILUSTRACIÓN 61 S.P.L. (MA40B8S) 93ILUSTRACIÓN 62 DIMENSIONES DE LOS SENSORES 93ILUSTRACIÓN 63 ESQUEMA INTERNO DEL 555 94ILUSTRACIÓN 64 CIRCUITO BÁSICO DE ASTABLE SIMÉTRICO 94ILUSTRACIÓN 65 ESQUEMA DE LAS 2 ETAPAS AMPLIFICADORAS EN EL RECEPTOR DE ULTRASONIDOS 95ILUSTRACIÓN 66. ESQUEMA DE DETECCIÓN 96ILUSTRACIÓN 67 CIRCUITO DEL INTERRUPTOR ÓPTICO 98ILUSTRACIÓN 68. DISPOSITIVO DETECTOR ÓPTICO. 99ILUSTRACIÓN 69. MÓDULO DE DIRECCIÓN MB1/DR (ESQUEMA ELÉCTRICO) 144ILUSTRACIÓN 70. DISEÑO DE LA PLACA DE DIRECCIÓN MB1/DR (1). 145ILUSTRACIÓN 71. DISEÑO DE LA PLACA DE DIRECCIÓN MB1/DR (2). 146ILUSTRACIÓN 72. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE DIRECCIÓN MB1/DR. 147ILUSTRACIÓN 73. DISEÑO DE LA PLACA DE SOPORTE DEL SENSOR ÓPTICO. 148ILUSTRACIÓN 74. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE SOPORTE DEL SENSOR ÓPTICO. 148ILUSTRACIÓN 75. MÓDULO DE TRACCIÓN (MS1-TR) (ESQUEMA ELÉCTRICO) 149ILUSTRACIÓN 76. DISEÑO DE LA PLACA DE TRACCIÓN MS1/TR (1). 150ILUSTRACIÓN 77. DISEÑO DE LA PLACA DE TRACCIÓN MS1/TR (2). 150ILUSTRACIÓN 78. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE TRACCIÓN MS1/TR. 151ILUSTRACIÓN 79. MÓDULO DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS (MB1-DO) 152ILUSTRACIÓN 80. DISEÑO DE LA PLACA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS MB1/DO (1). 153ILUSTRACIÓN 81. DISEÑO DE LA PLACA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS MB1/DO (2). 154ILUSTRACIÓN 82. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS MB1/DO. 155ILUSTRACIÓN 83. DISEÑO DE LA PLACA DE LOS RECEPTORES DE ULTRASONIDOS. 156ILUSTRACIÓN 84. MÓDULO DETECCIÓN DE OBSTÁCULOS RECEPTOR (ESQUEMA ELÉCTRICO) 157ILUSTRACIÓN 85. MÓDULO DE ENCODER (ME1_EN) (ESQUEMA ELÉCTRICO). 158ILUSTRACIÓN 86. DISEÑO DE LA PLACA DE ENCODER ME1/EN (1). 159ILUSTRACIÓN 87. DISEÑO DE LA PLACA DE ENCODER ME1/EN (2). 160ILUSTRACIÓN 88. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE ENCODER ME1/EN. 161ILUSTRACIÓN 89. MÓDULO DE VISUALIZACIÓN (MS1_VI) (ESQUEMA ELÉCTRICO) 162ILUSTRACIÓN 90. DISEÑO DE LA PLACA DE VISUALIZACIÓN MS1/VI (1). 163ILUSTRACIÓN 91. DISEÑO DE LA PLACA DE VISUALIZACIÓN MS1/VI (2). 163ILUSTRACIÓN 92. VISTA DE COMPONENTES DE LA PLACA DE VISUALIZACIÓN MS1/VI. 164ILUSTRACIÓN 93. MÓDULO DE TRANSMISIÓN DE DATOS. (MB1_TX) (ESQUEMA ELÉCTRICO) 165ILUSTRACIÓN 94: DISEÑO DE LA PLACA DE TRANSMISIÓN MB1/TX (1). 166ILUSTRACIÓN 95: DISEÑO DE LA PLACA DE TRANSMISIÓN MB1/TX (2). 166ILUSTRACIÓN 96. MÓDULO DE CONTROL CENTRAL (MB8_CC) (ESQUEMA ELÉCTRICO) 167ILUSTRACIÓN 97. MÓDULO DE CONTROL CENTRAL (MB8_CC) (ESQUEMA ELÉCTRICO) 168ILUSTRACIÓN 98: DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL MB8/CC BASADA EN UN DISPOSITIVO MAX7000 (1). 169ILUSTRACIÓN 99: DISEÑO DE LA PLACA DE CONTROL MB8/CC BASADA EN UN DISPOSITIVO MAX7000 (2). 170

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2 Memoria.

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2.1 Origen del Proyecto.

Se plantea la posibilidad de implementar un PFC que esté relacionado con laherramienta de prototipado de circuitos complejos; descritos en VHDL sobre CPLD’s, poreste motivo se inicia un proceso creativo para plasmar este reto.

2.1.1 Propuesta planteada.

La propuesta se denomina “Plataforma Móvil Multipropósito”, se describe a grandesrasgos el trabajo que se ha de desarrollar:

Se necesita una plataforma donde ya existan unos dispositivos de movimiento ydonde estos dispositivos se puedan controlar por una Unidad Central, que en nuestro casosería una FPGA; se tendrá que dotar a esta plataforma de una serie de elementos para quepueda captar o emitir información del entorno donde esté situada, y con todo estopodremos programar la plataforma para que realice las actividades que nosotros lehayamos indicado.

2.1.2 Asentamiento de las Bases del PFC.

Con las pequeñas premisas que se han descrito es con lo que se empieza a operar y seempiezan a generar ideas de trabajo, la cantidad de ideas generadas y de objetivos que sepueden conseguir son muchos y variados, pasando desde vehículos que siguen una líneablanca a vehículos que trazan mapas de espacios físicos cerrados donde existen obstáculosy transmiten la información. Gracias a todas las propuestas que se plantean se tomaconciencia de la gran variedad de trabajos que se pueden desarrollar y, por este motivo, sedecide acotar el trabajo en función de las oposiciones encontradas, tales como:

• Presupuesto limitado para material.

• Gran variedad de opciones de desarrollo.

• Gran cantidad de horas de I+D (Investigación y Desarrollo).

Se apuesta por la realización de un proyecto conjunto entre dos proyectistas pararesolver el problema del presupuesto y para poder realizar un desarrollo más completo delas dos partes del proyecto; que se dividen en el software y el hardware de la plataforma

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2.2 Objetivos

El Objetivo de este PFC es realizar una Plataforma Móvil Multipropósito. Estaplataforma dispondrá de una CPU programable. Se pretende obtener un diseño sencillopero funcional, y que sirva de base para futuros PFC o incluso para realizar prácticas enotras asignaturas.

Las principales características de las que hay que dotar a la plataforma son:

• Movimiento de tracción, aconsejable hacia delante y hacia atrás, pudiendo realizar uncontrol sobre la velocidad.

• Control de la dirección en 3 puntos (Izquierda, Derecha, Recto).

• Deteccción de obstáculos.

• Poder modificar el software de control de una forma fácil.

• Un dispositivo programable como unidad de control principal.

• Partiendo de un mismo hardware poder implementar diferentes aplicaciones actuandosobre el software de la plataforma.

• Alimentación con baterías para disponer de una cierta movilidad y capacidad dedesplazamiento.

• Una serie de módulos hardware independientes conectados al dispositivo que lepermiten interactuar con el medio.

• Posibilidad de exponer información, de forma que se pueda realizar un seguimiento dela evolución del vehículo.

En definitiva, se pretende obtener una plataforma móvil genérica lo más autónomaposible, que económicamente sea viable. No se pretende realizar unicamente un estudioteórico, sinó que la principal característica es poder construir la plataforma.

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2.3 Posibles Soluciones

Antes de iniciar la descripción de cual ha sido el desarrollo definitivo del proyecto,se va a exponer cuales han sido las diversas soluciones que se podían haber implementadoy los motivos que nos han inducido a escoger una determinada.

2.3.1 C.P.U

Para la implementación de la CPU se han estudiado diversas alternativas, tales como:

• Microcontrolador: Es muy versátil y tiene una gran capacidad para gestionarprogramas, aunque uno de sus inconvenientes es el lenguaje de programación, ya quese ha de implementar en código máquina.

• FPGA: Gran capacidad de I/O y de direccionamiento de las mismas, se puedeprogramar en VHDL. No incorpora ningún diseño predefinido como por ejemplo elconversor A/D de los microcontroladores.

• Microprocesador: Dispone de una gran velocidad y capacidad de cálculo, así como degestión de información, pero se ha de dotar de toda la circuitería externa.

En nuestro caso hemos seleccionado una FPGA por la gran capacidad de I/Oy por ellenguaje de programación.

2.3.2 Tracción

Aunque ya se ha indicado que se pretende aprovechar una plataforma existente en elmercado, es necesario evaluar las diferentes opciones de que disponemos para acotar lasopciones finales. En este punto evaluamos los diferentes motores a utilizar:

• C.A.: Este tipo de motor prácticamente queda descartado por el tipo de alimentaciónque necesita, ya que en principio la plataforma se tiene que de alimentar mediantebaterías.

• Paso-paso: Es muy práctico y cumple con las espectativas técnicas, pero el mayorproblema es el suministro y coste económico, además su utilización está encaradaprincipalmente al posicionamiento.

• C.C.: Es fácil de controlar y suele tener un buen par de arranque; es el tipo dealimentación que en principio queremos utilizar y existen muchos niveles de tensiónpara alimentarlos.

Otra de las características en la tracción es el tipo de opciones de que se dispone a la horade realizar el desplazamiento:

• Un solo motor de tracción, con opción de girar en un sentido u otro, de forma quepodemos avanzar o retroceder; este único motor transmite la potencia a todos loselementos(ruedas, orugas, etc...).

• Dos motores independientes, uno para cada lateral del vehículo, de forma que se hande controlar independientemente. Es más difícil de controlar, sobre todo para ir en línearecta; pero por el contrario es mas fácil de controlar el giro, ya que se puedenimplementar giros de 90º haciendo que giren en contrafase.

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• Ruedas u Orugas: este es el elemento de contacto con el suelo, y tanto se puedeutilizar uno como el otro, en cada caso se tienen ventajas e inconvenientes. El caso delas ruedas es el sistema más utilizado, más estándar, y es más fácil el encontrar unaplataforma adecuada. En el caso de las orugas, se suelen utilizar con motoresindependientes y los giros son más sencillos, pero por el contrario aumentamos elnúmero de motores y por tanto el coste. En el caso de las orugas se tiene más agarreque en el caso de las ruedas.

En nuestro caso utilizamos un motor de tracción de DC, ya que es el dispositivo que veníaen la plataforma seleccionada.

2.3.3 Dirección

Para implementar el control de la dirección del vehículo existen diversas soluciones,algunas ya han sido iniciadas en el apartado (2.3.2 Tracción).

• Motores en Contraposición: Tiene la ventaja de poder realizar un software porcoordenadas, ya que se pueden realizar giros sobre un eje, siendo el caso de losvehículos oruga. Para realizar un giro de 90º solo se han de hacer girar encontraposición, es decir, cada motor en un sentido, tal y como se puede apreciar en laIlustración 2 .

Ilustración 1. Giro mediante motores en contraposición.

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• Triciclo: En la modalidad del triciclo existen 2 posibilidades de trabajo:

• Una Rueda Motriz-Directriz: En este caso, la dirección se controla mediante unaúnica rueda. En este tipo de vehículos, el mayor problema es la estabilidad de laplataforma, así como el control del giro. Los giros no se pueden realizar porcoordenadas, y en caso de querer realizarlo, se necesita desarrollar un softwarecomplejo. Otro de los inconvenientes de este tipo de plataformas es que no tienenun precio tan asequible como las orugas o los vehículos de 4 ruedas.

Ilustración 2. Giro mediante una sola rueda.

• Dos Ruedas Motriz con control de dirección: Esta disposición permite controlarde una forma más fácil todo el sistema de dirección y tracción, pero tenemos uninconveniente a la hora de realizar una maniobra marcha atrás, ya que el dispositivoen este tipo de disposición no permite un fácil control. Hay que tener en cuenta quela rueda trasera debe disponer de libertad de giro, denominada vulgarmente “RuedaLoca”.

Ilustración 3 Triciclo con dos ruedas motrices.

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• Un eje de dirección con dos ruedas: Este tipo de implementación tiene el mismoproblema que el triciclo a la hora de realizar los giros, pero por el contrario dispone deuna mayor estabilidad. Es el tipo de plataforma más estándar que existe en el mercado,lo que supone un ahorro económico. En este tipo de plataformas hay que tener encuenta si la tracción es en las ruedas directrices o no.

Ilustración 4. Giro mediante un eje con dos ruedas

En nuestra plataforma utilizamos un eje de dirección con dos ruedas, ya que es elsistema de la plataforma utilizada.

2.3.4 Detección de Obstáculos

Para realizar la detección de obstáculos hemos de diferenciar entre dos primeros grandestipos de utilización, que son la correctiva (una vez hemos tropezado con un obstáculo) y lapreventiva (antes de llegar al obstáculo)

2.3.4.1 Detección Correctiva

Este tipo de detección se suele implementar con finales de carrera; se puedendisponer alrededor de la plataforma, y solo se actúa en caso de haber colisionado contra unobstáculo (caso de plataforma en movimiento y obstáculo estático) o si el objeto está enmovimiento y es el que ha colisionado con la plataforma. Este tipo de sensor puede sermuy útil para situaciones imprevistas en las que sea imposible detectar por métodospreventivos , ya que esos métodos no tienen una fiabilidad del 100%.

Una posible situación de los finales de carrera tanto en la parte delantera como en laposterior puede ser la representada en la Ilustración 5. Para implementar este tipo dedetector hay que situar un final de carrera a cada lado a proteger (en este caso el delantero).

Los finales de carrera se han de unir mediante una barrera rígida, pero entre estos y labarrera la unión debe ser flexible de forma que si el vehículo colisiona en la parte centralse activarán los dos finales de carrera, y si colisiona por una de las dos mitades, solo seactivará el final de carrera perteneciente a esa mitad. Esta es una forma sencilla dediscriminar donde está la situación del objeto

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La altura y forma de la barra de detección-protección se tiene que diseñar en funcióndel vehículo y las aplicaciones que se quieran desarrollar, este funcionamiento se puede vergráficamente en la Ilustración 6.

A

B

Ilustración 5. Ejemplo de disposición de Finales de carrera

AA

BB

Ilustración 6. Ejemplo del funcionamiento de la barrera de finales de Carrera

2.3.4.2 Detección Preventiva

Este tipo de detección es el más idóneo para implementar en la plataforma, ya que sufuncionamiento consiste en detectar los obstáculos antes de colisionar con ellos. Existe unagran variedad de dispositivos de detección preventiva; a continuación se describen algunosde ellos como posibles soluciones.

• Cámara: Este tipo de detección tiene como factor económico el principalinconveniente. Se puede conseguir una gran información procesando la señal recibida,pero no disponemos de presupuesto. El tipo de procesamiento que se ha de realizar escomplejo para integrarlo en la CPU que queremos utilizar, es más típico enaplicaciones más complejas, con microprocesadores y con una gran soporte tantoHardware como Software.

• Láser: Este tipo de detección es muy precisa pero, al igual que con la cámara, tenemosel inconveniente económico.

• Infrarrojos: Los detectores infrarrojos están muy extendidos, se utilizan en muchasaplicaciones del tipo Barrera y son sensores del tipo Puntual (Ilustración 7). El mayorinconveniente de este tipo de sensor es que los más extendidos a nivel industrialtrabajan a Tensiones de 24 Vcc o 220 Vac, lo cual limita su utilización en vehículos

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como el de nuestro PFC. Además, si queremos utilizar los sensores para detectarobstáculos, hay que tener en cuenta que se debe reflejar la señal emitida, y esto limitatodavía mas su aplicación.

• Inductivos: Funciona muy bien para detectar objetos metálicos pero tiene el mismoproblema con la alimentación que el infrarrojo. Además tiene un longitud de detecciónmucho menor que este último.

• Capacitivos: Aunque es capaz de detectar más elementos que un inductivo tiene sumismo problema.

• Ultrasonidos: Estos sensores son del tipo cónico y funcionan mediante la emisión devibraciones ultrasónicas a una frecuencia determinada. Existen varias frecuencias detrabajo para estos sensores (cada sensor una única frecuencia), es posible detectarmuchos tipos de materiales; sólidos, líquidos e incluso gases; ya que cada cambio de unmaterial a otro produce un rebote de la señal. Por corresponder al sistema cónico tieneel problema de determinar en que ubicación dentro de su campo de acción está elobjeto que ha rebotado la señal, además puede ser un inconveniente el hecho de quealgunos materiales actúen como esponjas absorventes de cara al sonido (a esa frec.),siendo transparente a los sensores.

CONICO

PUNTUAL

Ilustración 7. Diferencia entre sensores Cónicos y Puntuales

En nuestra plataforma hemos incluido un sistema de detección correctiva mediantefinales de carrera y un sistema preventivo mediante ultrasonidos, en los dos casos se hanseleccionado por factor económico.

2.3.5 Energía utilizada

Antes de describir los tipos de energía a utilizar hay que indicar que utilizaremos DCpara toda la electrónica; independientemente de los elementos periféricos.

• Baterías: Es el elemento más extendido, dan muchas posibilidades de utilización, yaque en el mercado existen diversos tipos en función del voltaje y la carga de la misma,y los inconvenientes son que se han de recargar así como el peso de las mismas.

• Solar: El problema de este tipo de energía es que nos limita su utilización, así como sulimitada potencía a menos que se dispongan de una gran cantidad de paneles, pero sinembargo es una gran complemento a una utilización mediante baterías.

• Cableada: Este tipo de alimentación es muy útil de cara a equipos que no necesitenautonomía y tengan unos movimientos limitados. Pero en nuestro caso no es nada

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práctico, ya que no se puede arrastrar los cables. No obstante es el tipo de alimentacióna utilizar durante las pruebas en banco de trabajo.

En nuestro caso utilizamos la alimentación cableado, ya que es un prototipo en el quehemos premiado el desarrollo de los módulos básicos por encima de otros factores.

2.3.6 Comunicación con el exterior

Para poderse comunicar con el exterior existen diversas formas, todo depende deltipo de información que se quiera indicar.

2.3.6.1 Enviar información al exterior

Para poder exponer información al exterior se puede realizar de las siguientesformas:

• LED’s: este tipo de información es muy simple, pero en determinados casos puede sermuy útil, por ejemplo: cuando existe algún fallo, anomalía o indicar que está Okdebemos tener en cuenta que si se quiere mostrar mucha información; o unainformación más compleja, este tipo de dispositivos nos limita bastante.

• Siete segmentos: Mediante siete segmentos podemos visualizar información numérica,de forma que se pueden codificar mensajes de error, de precaución o mostrarinformación de los sensores procesada por la CPU.

• Emisor: este emisor puede ser de rádio, ultrasonidos o cualquier otro sistema que nospermita comunicar desde el vehículo una información a una estación base u a otrovehículo.

2.3.6.2 Recibir información del exterior

Para recibir información del exterior existen diferentes formas de adquirir lainformación, a continuación se exponen algunos sistemas:

• Selectores, pulsadores: Estos elementos necesitan tener un acceso directo al vehículo,y el tipo de información que se puede recibir es bastante sencilla; básicamente órdeneso formas de trabajo. Para este tipo de aplicaciones pueden ser muy útiles.

• Receptor: Al igual que en el apartado anterior este receptor puede ser de rádio,ultrasonidos o cualquier otro sistema que nos permita comunicarle información alvehículo.

Hemos optado por incluir sistemas económicos y sencillos como LED’s para emitirinformación puntual en los módulos; siete segmentos para implementar un módulo deemisón de información y pulsadores para recibir información.

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2.3.7 Percepción del movimiento

Como apartado destacado tenemos la percepción del movimiento que se realiza. Sino disponemos de un sistema capaz de detectar los desplazamientos no tenemos capacidadde controlarlos en función del espacio.

Detectar si el movimiento realizado no es el mismo que el esperado u ordenado, atodo esto es a lo que se define como cerrar el lazo de control. Disponer de un sistema conel que controlar el desplazamiento. Existen diferentes dispositivos para poder tenerpercepción del movimiento.

2.3.7.1 Encoders

Los encoders son una herramienta muy práctica para controlar el moviento realizado.Se pueden colocar en los ejes de las ruedas motrices, de forma que podremos controlar elmovimiento realizado por las mismas; sin embargo en este caso no podremos detectar elmovimiento real del vehículo. Es posible que las ruedas patinen, con lo que la lecturarealizada será errónea.

Otra posible disposición será colocarlos en unas ruedas auxiliares que solo sedediquen a realizar la captación del desplazamiento realizado.

Ilustración 8. Disposición de los encoders

Es importante tener dos encoders, uno en cada lateral del vehículo, para podercontrolar si el desplazamiento se realiza en línea recta o se realiza girando (en este caso lalectura de los encoders sería distinta, ya que el radio de giro de cada encoder es diferente).

n1 n2

n1 < n2

n1 n2 n1 n2

n1 = n2 n1 > n2

Ilustración 9. Funcionamiento básico con dos encoders

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2.3.7.2 Sistema laser de captación de movimiento.

Este sistema se basa en el mismo funcionamiento que los ratones ópticos de losordenadores, en los cuales se puede detectar el desplazamiento realizado gracias a larefracción de la luz; en este caso se necesita que el sistema emisor-receptor de luz laser seencuentre siempre a la misma distancia del suelo y en unas mismas condiciones deiluminación exterior, por este motivo este sistema solo se podría utilizar en superficiesregulares.

2.3.7.3 Elementos ópticos (infrarojos)

En este caso podemos captar el desplazamiento mediante sensores infrarojos capacesde detectar (mediante refracción) señales dispuestas en el suelo, de esta forma podemossaber el avance realizado.

Este sistema sólo se utiliza para vehículos que se han de desplazar por recorridoscontrolados y continuos, como por ejemplo almacenes (normalmente siguiendo líneas dedesplazamiento).

Hemos utilizado el sistema de encoders por resultar económicamente más viable quela opción laser y poder extraer más prestaciones que utilizando infrarojos.

2.3.8 Plataforma a utilizar

Se puede resumir en dos tipos de plataformas básicos. Fabricar una plataforma enbase a las necesidad de espacio, de potencia de motores, baterías de alimentación etc... oadquirir una plataforma que se pueda adaptar a nuestras necesidades. La gran diferenciaentre estas dos opciones es el coste económico de las mismas, ya que en el caso de adquiriruna plataforma ya fabricada y puesta en el mercado puede salir mucho mas económico yfacilitar el trabajo, además de demostrar la premisa de ser una plataforma multipropósitoen la que los diferentes módulos se pueden adaptar a las necesidades.

En nuestro caso inicialmente se seleccionó una plataforma que existía en el mercado,con un coste económico muy asumible y posteriormente por la evolución del proyectotuvimos que realizar una migración a una plataforma fabricada por nosotros.

2.3.9 Otros posibles dispositivos de ampliación

Estos elementos se describen en el apartado de posibles ampliaciones (Apartado 2.13).

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2.4 Solución Adoptada

Como paso previo a la realización del diseño de los correspondientes módulos se hadesignado como estándar de comunicación un bus de datos de 8 bits mediante un conectordel tipo TM20E de 10 pines para cada uno de los puertos de entrada / salida de losmódulos. Los pines del conector se especifican como sigue:

Ilustración 10: Conector del bus del sistema.

Para cada uno de los pines se especifica su función:

1. Vcc. 2. Salida del módulo

3. Entrada al módulo. 4. Salida del módulo



9. Entrada al módulo. 10. Gnd.

El hecho de establecer un estándar pese a no utilizar el 100% del mismo en algunosmódulos es para cumplir los objetivos de poder intercambiar módulos en función de laaplicación de la plataforma.

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2.4.1 Descripción de la solución adoptada

En este apartado se realiza una breve descripción de cada módulo y en los siguientesapartados se desarrollan individualmente cada uno de ellos.

Los módulos inicialmente definidos para interactuar con el medio contemplan lassiguientes funciones:

1. ME2_CM Módulo Consola de Mando 2 puertos.

2. ME1_EN Módulo de Encoder o de Posición 1 puerto.

3. MB1_DO Módulo de Detección Obstáculos 1 puerto.

4. MB1_DR Módulo de Dirección 1 puerto.

5. MS1_TR Módulo de Tracción 1 puerto.

6. MS1_VI Módulo de Visualización 1 puerto.

7. MB1_TX Módulo de Transmisión de datos 1 puerto.

8. MB8_CC Módulo de Control Central 8 puertos bidireccionales.

• ME2_CM, Módulo Consola de Mando.

Este módulo tiene la función de de poder recibir ordenes del usuario de la plataformamediante una serie de pulsadores y su lógica asociada que posibilitan el control delprograma establecido.

• ME1_EN, Módulo de Encoder o de Posición.

Módulo de obtención de datos útiles para la localización del móvil en todo momento.Basado en la programación de 2 encoders absolutos. Estos encoders se situan en unasruedas auxiliares, diferentes a las ruedas motrices.

• MB1_DO, Módulo de Detección Obstáculos.

Basado en detectores de ultrasonidos (3 unidades emisor-receptor) permite localizarlos posibles obstáculos en la trayectoria de desplazamiento del móvil. Tiene la posibilidadde programarle el tipo de funcionamiento y combinar los diferentes emisores-receptores.

• MB1_DR, Módulo de Dirección.

Lógica de control que gobierna un motor asociado a la dirección del móvil. La lógicaa controlar está basada en los principios de control de motores CC mediante PWM (PulseWide Modulation) o Modulación de Ancho de Pulso. Posee también parte de lógicaaccesoria que establece la posición del sistema de dirección del móvil, estableciendo uncontrol en lazo cerrado, el sistema de detección de la dirección se basa en tres sensoresópticos, que se pueden configurar en función de la plataforma utilizada.

• MS1_TR, Módulo de Tracción.

Lógica de control similar a la anterior que gobierna un motor asociado a la traccióndel móvil. Igualmente basado en la técnica de PWM, su control es de lazo abierto al no

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existir ningún tipo de entrada que permita establecer una realimentación del mismo. Sepuede establecer un control en lazo cerrado combinando este módulo con el módulo deencoder (ME1_EN).

• MS1_VI, Módulo de Visualización.

Ofrece información del estado del sistema mediante un display formado por 4unidades de información numérica (vulg. 7 segmentos).

• MB1_TX, Módulo de Transmisión de datos.

Lógica de comunicación entre el vehículo y un puerto RS-232 mediante protocoloModbus. Utilizado para la obtención de datos del vehículo (para la elaboración, p.ej. de unplano del recorrido del mismo) o transmisión de órdenes remotas al vehículo (control delvehículo en manual durante su funcionamiento).

• MB8_CC, Módulo de Control Central.

Aloja el dispositivo de control central y su lógica adjunta (generador de reloj,alimentación de la lógica…).

2.4.2 Codiseño Hardware – Software.

Cada módulo hardware necesita de un controlador. A la hora de diseñar cada una delas dos partes se ha necesitado realizar diversas sesiones de intercambio de ideas, en lascuales se han expuesto necesidades de espacio, complejidad de diseño, posiblesampliaciones, necesidades mínimas, funcionalidad, estandarizar los módulos, etc.. Estassesiones se han realizado entre las dos partes implicadas en el Diseño del proyecto1.

Se han barajado diversas hipótesis a la hora de implementar los controladores decada módulo. Existe la posibilidad de implementarlo en un dispositivo programable en elmismo módulo o de implementarlo en el módulo de control Central.

En nuestro caso se ha optado por realizar la programación de los controladores en elmódulo de control central, aunque limita las posibilidades de desarrollo del propio controlcentral permite la modificación sobre una misma base de cualquier controlador y susinteractuaciones. Obtenemos una configuración global en la que los módulos encargadosde interactuar con el medio trabajan como una perifería descentralizada. Es decir uncerebro central que vía comunicación controla los dispositivos de Entradas- Salidas.

Durante la etapa de diseño (codiseño) se establece, como posible ampliación, dotar alos módulos de un dispositivo programable para incluir el controlador de ese módulo en elpropio módulo. De esta forma se libera al dispositivo programable Central de espacio pararealizar la labor de coordinación de todos los módulos, ya que como se puede ver en elPFC Sistemas Módulares bajo VHDL [20] el sistema central ha quedado desbordado porlas posibilidades de desarrollo en los módulos y es necesario liberar espacio o utilizar unsistema más potente.

1 Una de las partes es la propia, Sergio Rozas, que realiza esta memoria descriptiva (apartado

hardware) y la otra es la desarrollada por el Ingeniero Técnico Industrial Luis Carlos Baglietto Boronat [20](apartado software)

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2.5 Módulo de Tracción MS1/TR

2.5.1 Descripción General:

Módulo de salida que permite controlar motores DC mediante modulación PWM. Sudiseño esta basado en una doble etapa de potencia, con la lógica de control correspondienteque permite la inversión de giro del motor y la variación de su velocidad. Está diseñadopara realizar el control de tracción de la plataforma. Este módulo sólo implementa elHardware, ya que el driver de control está implementado en el Módulo de control central.

2.5.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. No utilizado.

3. Orden Avance Motor.

4. No utilizado.

5. Orden Retroceso Motor.

6. No utilizado.

7. No utilizado.

8. Error de Tracción.

9. No utilizado.

10. Gnd.

2.5.3 Características:

• +5V DC (Lógica de control).

• +24V DC máximos (Etapa de potencia).

• 3 A (DC) Intensidad máxima (Etapa de potencia)

• Controlador: Sí.

2.5.4 Principios Teóricos:

La base teórica, en la que se apoya el diseño del módulo, es el control de motoresmediante anchura de pulsos (Pulse Wide Modulation, en adelante PWM), obteniendoelevados rendimientos con la mínima pérdida de potencia.

El control mediante PWM permite la codificación de valores analógicos en series deseñales digitales. La potencia media entregada a la salida se corresponde con un valoranalógico de entrada del proceso de modulación (en adelante in) en función de la duraciónde la señal. Dicha potencia media se corresponde con el cociente de la duración del tiempode conexión (en adelante ton) y el período de servicio o Duty Cycle2 (en adelante tperiodo).

2 Duty Cycle = Ton / Tperiodo

28

2.5.4.1 Ecuaciones:

La longitud del impulso ton en la salida se determina de acuerdo a la siguienteexpresión:

maxon periodo

int t

in= ⋅ (1)

max0 in in≤ ≤ (2)

siendo definido por construcción que:

min periodot t≤ (3)

2.5.4.2 Descripción de los Parámetros:

La duración del período determina el tiempo en el cual se emitirán regularmente losimpulsos de posicionado (salida de control activa). Genéricamente, el parámetro tmin

especifica la duración mínima de los impulsos, esto es, el tiempo mínimo en el cual lasalida de control está activa. Si la duración del impulso calculada mediante la expresiónanterior es menor que tmin, no se entregará ningún impulso en todo el período. La siguienteilustración muestra la relación existente entre los periodos descritos:

Ilustración 11. Relación entre los ciclos

El límite inmax determina la magnitud de la entrada in para la cual la salida estápermanentemente activa. Establecemos una relación lineal entre dicha entrada y laduración del tiempo en el cual la salida está activa.

t

salida

ton

tperiodo

tmin

29

Ilustración 12. Dependencia de la duración de la salida respecto a la entrada.

2.5.4.3 Aplicaciones

Normalmente en el control de motores industriales se dispone de un Troceador quesuministra la tensión al motor a intervalos variables de forma que, en función del periodode estos intervalos regulares, se pueda controlar la velocidad del mismo. Esta tensión sepuede supervisar y variar en función del objetivo deseado. Este es el papel que desempeñael controlador del módulo.

2.5.5 Descripción de Diseño y Funcional del Módulo Físico (HARDWARE):

A la hora de diseñar el módulo de tracción se ha tenido en cuenta que el tipo demotor más idóneo para este tipo de aplicaciones es un motor de Corriente continua, y se haoptado por un montaje en puente para poder controlar el sentido de giro del motor; de estaforma se puede tener opción de que el vehículo pueda realizar marcha atrás

Sentido 2Sentido 1

OPTO2OPTO1

T1'

T2

T2'

T1

VCC 2

VCC 1

MOTOR

Ilustración 13. Variador de corriente continua con transistores en conmutación , (montajeen puente)

in

tperiodosalida

tmin

ton = f(in)

inmax

t

30

El módulo está compuesto por dos zonas optoacopladas: la zona de control querecibe la información del bloque de control central (vcc1, Sentido 1/2) y la zona depotencia (Vcc2), que suministra la tensión al motor. El optoacoplamiento evita lasinterferencias entre la lógica y la etapa de potencia y, consecuentemente con este principio,las alimentaciones son independientes entre sí. La zona de potencia está basada en unadoble etapa clase B con simetría complementaria que ataca al motor de forma alternativa,invertiendo el giro del motor en función de la etapa que esté trabajando en ese momento(T1 y T1’ o T2 y T2’). Con este diseño se consigue que el consumo del módulo en estática(no funcionamiento) sea mínimo, lo cual es fundamental para el módulo, ya que al tratarsede un equipo alimentado por batería, el suministro de corriente debe optimizarse con elobjeto de alargar la vida útil de la misma. Por otro lado, al ser menor la potencia disipadapor el circuito, se reduce la temperatura de trabajo y, en consecuencia, el riesgo de malfuncionamiento.

En el módulo se ha integrado una lógica para evitar el peligro de cortocircuito, deesta forma siempre se controla la dirección de giro del motor y se evita que por algún erroren el control del módulo se le mande orden de girar al motor en los dos sentidos a la vez(lo que provocaría el cortocircuito en la placa); en este caso la lógica actúa evitando el giroen cualquiera de los dos sentidos.

E1 – entrada sentido 1

E2 – entrada sentido 2

S1 – Salida de error

Ilustración 14. Esquema Lógico implementado en el módulo MS1_TR (ver Ilustración 75)

Dado que el C.I. utilizado (C.I.74LS37) dispone de cuatro puertas NAND y paraimplementar la lógica solo se utilizan 3 puertas, se ha implementado un pequeño filtro paraevitar que por error de la etapa lógica se genere un cortocircuito, es decir, en caso de quelas dos puertas generen una salida activa (pin 6 y 8) esta puerta genera una señal de error.

31

2.5.6 Lista de Componentes

En la Tabla 1 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en el módulode Tracción (MS1_TR)

CÓDIGO DESCRIPCIÓN

R1 Resistor 470 Ω 5% 1/4 W

R2 Resistor 2k7 Ω 5% 1/4 W


R4 Resistor 100 kΩ 5% 1/4 W







C1 Condensador 22 nF



J1 Conector macho 10 PINS cable paralelo

J2 Conector 2 Pins (Tornillos)


Q1 Transistor NPN BDX34C

Q2 Transistor PNP BDX33C



U1 CI 74LS37

ISO1 Optoacoplador MCT2


Tabla 1: Componentes Módulo MS1_TR.

32

2.5.7 Montaje del Módulo y Pruebas Funcionales

Podemos observar una imagen del montaje final del módulo MS1/TR en laIlustración 15 expuesta a continuación; se describen los diferentes elementos de conexión:

Ilustración 15. Montaje final del módulo MS1-TR

Una vez construido el módulo se ha verificado el correcto funcionamiento delmismo. Una vez testeado, se ha procedido a conectar el motor en la etapa de potenciapudiendo constatar el correcto funcionamiento del circuito.

Previamente se han realizado unas pruebas para poder observar los consumos delmotor en diferentes situaciones, ya que el motor en funcionamiento normal tiene unaalimentación de 3 V (DC). En ninguno de los casos se ha superado el consumo de 3 A(valor fijado como máximo).

Descripción Unidad Caso 1 Caso 2 Caso 3 Caso 4 Caso 5 Caso 6

Alimentación V (DC) 0.5 1 1.5 2 2.5 3Giro libre de ruedas I (A) 0.12 0.13 0.15 0.19 0.23 0.24Ruedas bloqueadas I (A) 0.22 0.3 0.77 1.29 1.7 2.16

Consumo Motor de Tracción

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0,5 1 1,5 2 2,5 3

Vcc (V)

Ic (A

)

Giro libre de ruedasRuedas bloqueadas

Ilustración 16. Consumos del motor de Tracción

33

2.5.8 Diagrama Lógico del Controlador del Módulo:

Ilustración 17. Bloque funcional del controlador

2.5.9 Funcionamiento del Controlador del Módulo:

El controlador es el puente que interpreta las órdenes que genera el bloque de controlcentral. Recibe como entradas el sentido de rotación del motor y el porcentaje de tensiónque se le aplicará, y las interpreta de forma que se conviertan en diversos pulsos que atacana las entradas físicas de avance / retroceso del módulo.

Para conseguir esto, el código del controlador implementa un tren de pulsos defrecuencia fija y ancho de pulso variable, de la señal que ataca al módulo, a partir de unabase de tiempos fija (el reloj del sistema). Se consigue así generar diversos niveles detensión a la salida de la etapa de potencia, mediante modulación por ancho de pulsos(PWM) de la señal de salida del mismo.

El diseño está basado en un contador, que genera el porcentaje de tiempo quepermanece activa la salida hacia el módulo. Con el objetivo de ahorrar recursos de CPLDse ha sustituido el contador de centenas por uno de 4 bits (de 0 a 16) que se desborda ycompleta de esta forma los ciclos. A causa de ello los niveles de tensión variable a la salidadel módulo quedan fijados en 16 (equivalentes a 16 porcentajes diferentes). El controladortambién contempla la entrada de reloj como base de tiempos generadora del tren de pulsosy la señal de error de tracción, que informa al controlador de la simultaneidad de ordenesaplicadas al motor.

2.5.10 Conclusiones del Módulo de Tracción

Una vez implementado el módulo y realizando las pruebas del controlador sobre laplataforma utilizada se ha podido observar que pese a que el módulo y el controladorfuncionaban correctamente, el funcionamiento global no era el deseado; ya que latransmisión de potencia del motor a las ruedas no era el esperado, es decir, a niveles bajosde velocidad del motor, la plataforma no experimenta ningún movimiento, ya que el pesode la plataforma y los engranajes de transmisión entre motor y ruedas no son losapropiados. Por este motivo no se puede realizar todo el ajuste deseado en el control de lavelocidad. Estos inconvenientes quedarían resueltos en una plataforma con un mejordiseño del conjunto “Motor-Transmisión-Ruedas”, ya que tanto el módulo físico como elcontrolador realizan las funciones deseadas.

PORCENTAJE (4)

ERROR TRACCIÓN (1)

DIRECCIÓN

CLK (1)AVANCE (1)

RETROCESO (1)

TRACCIÓN

34

2.6 Módulo de Dirección MB1/DR


Módulo bidireccional con 3 señales digitales de entrada que se pueden implementarde la forma deseada en la plataforma, y configurarlo en el driver del módulo, y una etapade salida que permite controlar motores DC mediante modulación PWM. Esta etapa es lamisma que en el módulo de tracción, y está desarrollada en el apartado 2.5.

2.6.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. Detector Posición 1.

3. Orden Giro a Derecha.


5. Orden Giro a Izquierda.


7. No Utilizado.

8. Error de Tracción.

9. No Utilizado.

10. Gnd.




• Optoacoplación de las señales de entrada.

• 3 A (DC) Intensidad máxima (Etapa de Potencia)

• Controlador: Sí


Al ser una ampliación del módulo de Tracción MS1/TR se basa en los mismosprincipios que aquel. La base teórica en la que se apoya el diseño del módulo parte delcontrol de motores mediante anchura de pulsos o PWM (Pulse Wide Modulation).

El control mediante PWM permite la codificación de valores analógicos en series deseñales digitales. La potencia media entregada a la salida se corresponde con un valoranalógico de entrada del proceso de modulación en función de la duración de la señal.Dicha potencia media se corresponde con el cociente de la duración del tiempo deconexión y el periodo de servicio o Duty Cycle. Para ver un análisis de las ecuacionesdescriptivas de tal comportamiento véase la documentación relativa al módulo MS1/TR.3

3 Véase 2.5.4: Principios Teóricos del apartado descriptivo del Módulo de Tracción MS1/TR.

35

2.6.5 Descripción de Diseño y Funcional del Módulo Físico:

El módulo está compuesto por dos bloques funcionales que separan el área deentrada del de salida. Este último es el mismo bloque de control de potencia que elimplementado en el módulo MS1/TR, el cual está separado a su vez en dos zonasindependientes: la zona de control, que recibe la información del bloque de control centraly la zona de potencia, que suministra la tensión al motor. Al igual que en dicho módulo lasalimentaciones son independientes entre sí y la zona de potencia está basada en una dobleetapa clase D con simetría complementaria que ataca al motor de forma alternativa,invirtiendo el giro del motor en función de la etapa que esté trabajando en ese momento.

Para realizar el diseño de la etapa de entrada se ha tenido en cuenta la idea principalde realizar una plataforma móvil multipropósito, y siguiendo con esa idea, se pretendepoder desarrollar módulos independientes donde se pueda realizar la programación de undriver individual que gobierne cada módulo. Siguiendo con esta idea se ha de desarrollarun módulo donde se pueda saber en cada caso en que posición están las ruedas directrices.

La lógica de entrada se basa en un triple bloque funcional compuesto cada uno porun detector óptico (se realiza el estudio detallado de los mismos en el apartado 2.17.2), unamplificador de señal y un normalizador a TTL. Estos bloques detectan una determinadaposición de la mecánica de dirección gobernada por el servomotor.

La señal que ofrece este dispositivo detector, se amplifica a través del bloqueamplificador LM324, y para poder ajustar el nivel de detección se ha incluido unpotenciometro. Este potenciometro sirve para compensar las oscilaciones producidas por lavariación de la iluminación exterior de la plataforma, ya que los sensores son sensibles aesta variación. Por este motivo es aconsejable intentar mantener estos detectores a un nivelconstante de iluminación.

Una vez amplificada la señal se normaliza a niveles TTL (C.I. 74LS14)para enviarlaal módulo central.

Para comprobar la correcta detección de estos elementos se a dotado al módulo deindicadores luminosos (D1, D11 y D21, los diferentes elementos se pueden ver en laIlustración 69) que se activan al detectar los sensores, y que permiten regular lasensibilidad de los mismos. Se ha dotado de un interruptor (S1, S11 y S21) a cada circuitoindicador para poder deshabilitar los indicadores luminosos, ya que estos sólo sonnecesarios a la hora de realizar los ajustes mecánicos de la plataforma móvil.

Se ha optado por realizar la codificación de la posición de las ruedas por medio de 3sensores, ya que de esta forma se pueden llegar a codificar hasta 3 posiciones del eje detracción e incluso dependiendo del tipo de plataforma se puede implementar un encoder(solo 2 sensores) para llevar un control más exacto de la posición. El tipo de aplicación quese utilice sólo es necesario programarla en el controlador.

Ejemplo con 7 puntos de codificación

Ejemplo con 3 areas de codificación

1

21

2 3

Ejemplo con 2 sensores de codificación en un Encoder

6 73 4 5

Ilustración 18 Ejemplos de codificación en el módulo de dirección

36


En la Tabla 2 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en el módulode Dirección (MB1-DR)






R5 Resistor 1 MΩ 5% 1/4 W























37









POT1 Potenciometro multivuelta vertical 100 ΚΩ 10%

POT11 Potenciometro multivuelta vertical 100 ΚΩ 10%

POT21 Potenciometro multivuelta vertical 100 kΩ 10%

C1 Condensador Poliester 100 nF 100V




SW1 Conector PCB (3) (conmutador)



D1 Diodo Led Bajo consumo Rojo

D2 Diodo 1N4007


D12 Diodo 1N4007


D22 Diodo 1N4007

Q1 Transistor BC547

Q2 Transistor BC547

Q11 Transistor BC547







38



U1 C.I. LM324M

U2 CI 74LS14

U3 CI 74LS37

J10 Conector macho PCB (10) cable paralelo





Tabla 2: Componentes módulo Dirección (MB1_DR).

2.6.7 Montaje del Módulo y Pruebas Funcionales.

Podemos observar una imagen del montaje final del módulo MB1/DR en laIlustración 19 expuesta a continuación:

Ilustración 19. Montaje final del módulo MB1-DR

39

En la Ilustración 20 se puede observar el sensor óptico utilizado con la placa desujección.

Ilustración 20. Sensor óptico utilizado

Durante las pruebas funcionales de la plataforma, se ha podido comprobar ladificultad de implementar de forma mecánica la disposición de los detectores paraestablecer unas posiciones de giro definidas. Incluso uno de los motivos de tener quecambiar la plataforma, fue por consecuencia de no poder controlar el giro de las ruedasdirectrices, estas incidencias están detalladas en el apartado 2.13 (Plataforma Utilizada.)

El montaje final está realizado mediante 3 zonas de Detección : Tope Central,Izquierdo y Derecho y está implementado mediante un mecanismo de leva como se puedeobservar en la Ilustración 21.

Ilustración 21 Montaje final de los sensores del módulo de detección.

40

2.6.8 Diagrama Lógico del Controlador del Módulo:

Ilustración 22. Bloque funcional del controlador


El módulo de Control realiza la función de controlar el giro de la plataforma segúnuna orden recibida por la CPU. Se ha planteado este desarrollo pensando en posiblesampliaciones del módulo, ya que si se dota al módulo de un pequeño dispositivoprogramable, se podría hacer funcionar de forma totalmente autónoma, informando a laCPU de cuando están las ruedas en una posición u otra y controlar la velocidad en el girode las ruedas.

La programación del controlador implementa un control simple del giro de un motoren función de tres posibles entradas digitales. Estas señales se han dispuesto de forma quese cubra toda el área que recorre el arco de eje director del vehículo. Así pues, se disponede las señales: eje director situado a la izquierda, eje director centrado, eje director situadoa la derecha. En función de ellas se activa el motor, o no, para modificar la trayectoria delvehículo. Dicha trayectoria se establece desde el exterior mediante una codificación de dosbits que obedece al protocolo.(según lo descrito en [20]).

2.6.10 Conclusiones del módulo de Dirección

Cuando ya se han realizado las pruebas sobre el módulo implementado, se ha llegadoa la conclusión de que pese al correcto funcionamiento del módulo, y del controlador esrecomendable mejorar el sistema de giro del vehículo y sobretodo el sistema de detecciónpara poder realizar un control más exacto; tanto a nivel de detectar la posición del eje degiro como en el motor de giro, es continuación de las mejoras expuestas en el apartado2.5.10. Cabe indicar que ya se ha modificado la plataforma inicial tal y como quedadescrito en el apartado 2.13

SENTIDO (2)

TOPE CENTRAL (1)

TOPE DERECHO (1)

CKL (1)

GIRO A DERECHA (1)

ERROR DIRECCIÓN (1)

DIRECCIÓN

GIRO A IZQUIERDA (1)TOPE IZQUIERDO (1)

41

2.7 Módulo de Posición ó Encoder ME1/EN

2.7.1 Descripción general:

Módulo de entrada que permite controlar el desplazamiento de la plataforma. Estáconstituido por sendos dispositivos de codificación (en adelante encoders) mediante loscuales, a partir de un origen determinado, permite el control del cálculo de un vector deposición relativo a ese origen mediante incrementos de pulsos.

2.7.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. Det. Pulsos 01 Primario

3. No Utilizado.

4. Det. Pulsos 01 Secundario.

5. No Utilizado.

6. Det. Pulsos 02 Primario.

7. No Utilizado.

8. Det. Pulsos 02 Secundario.

9. No Utilizado.

10. Gnd.




• Optoacoplación de las señales de entrada.


42


En la mayoría de diseños los desplazamientos vehiculares suelen ser siguiendotrayectorias ortogonales, lo cual fácilita en gran mesura el cálculo de su posición respecto aun origen (aplicando geometría cartesiana y operaciones sencillas). El diseño delvehículo actual es tal que los desplazamientos realizados no se basan en trayectoriasortogonales, lo que complica ciertamente el cálculo de la nueva posición tras undesplazamiento. Este condicionante fuerza la expresión de su posición mediantecoordenadas polares, lo cual es posible al dotar al vehículo de dos encoders laterales, quepermiten el cálculo de dicha posición gracias al incremento diferencial entre ambascuentas.

Ilustración 23: Trazo de los encoders en el desplazamiento


El módulo se compone de cuatro células idénticas encargadas de procesar los pulsosgenerados por una rueda de codificación. Cada una de ellas posee un dispositivoTCST10004 de la casa TEMIC que se activa cada vez que una de las ventanas de la ruedapasa por su interior. La señal que ofrece se amplifica y se normaliza a niveles TTL. Esta esla señal que se envía al módulo central, y que trata el controlador del encoder. Paracomprobar la correcta detección del módulo se ha dotado al mismo de un indicadorluminoso que se activa cada vez que se detecta un pulso, de esta forma se puede realizar elajuste del hardware; estas células son idénticas a las descritas en el apartado 2.6.

El diseño del módulo está basado en poder disponer de dos encoders en laplataforma, uno situado a cada lado del vehículo, y el funcionamiento básico de cadaencoder es el siguiente: se han de disponer los sensores con un desfase de 90º respecto alencoder, tal y como se puede apreciar en la Ilustración 24

Ilustración 24: Situación de los sensores en una rueda del encoder.

4 Véase la documentación adjunta del dispositivo.

giros perpendiculares

(un sólo encoder)

giros con ángulo

(dos encoders)

43

Siguiendo las descripciones anteriores se puedan detectar 4 posiciones en el mismoencoder. Las 4 posiciones (estados) siempre están situados en el mismo orden, pero lacodificación es diferente en función del sentido en que gira. Puede discernir el sentido degiro, e incluso, se puede implementar en el controlador un detector de errores, de formaque cuando se pase por un estado diferente al esperado indica que se ha producido un error.El error, puede ser causa de una excesiva velocidad de giro de la rueda del encoder, y queel módulo sea incapaz de detectar todos los estados del encoder. En la Ilustración 25podemos ver un ejemplo de la codificación que resulta de la lectura de los sensores:

Ilustración 25 Codificación del sentido de giro en el encoder

El módulo está diseñado para poder utilizar uno o dos encoders, en función del tipode plataforma que se utilice; tiene la particularidad de que los sensores se han diseñado conuna placa independiente para poderlos situar en la configuración adecuada para su función.

Tal y como se ha mencionado previamente el dispositivo hardware tiene la mismaconfiguración que el módulo de Dirección (MB1_DR), de esta forma se simplifica eldiseño y se optiene un máximo provecho del mismo.

A la hora de desarrollar el conjunto hardware-software de este módulo se ha tenidoen cuenta la transmisión del movimiento lineal de la plataforma al movimiento radial delencoder, de forma que los sensores sean capaces de detectar todos los estados posibles avelocidades normales, y de forma que estos estados coincidan a una distancia conocida ypredeterminada, ya que el ajuste final de detección de desplazamiento corresponderá acada uno de estos estados. A continuación se describe el procedimiento por el cualpodemos establecer la unidad de medida de desplazamiento de la plataforma:

44

dL ×∏= ( 1 )

4nd

Ud×∏

= ( 2 )

Ud = Unidad de medida de desplazamiento.

L = 1 giro de la Rueda.

n = Nº de ventanas del Encoder. ( por cada ventana hay 4 estados posibles con los 2sensores por encoder)

Ejemplo: Si se dispone de una rueda de arrastre del encoder de 10 cm, y un encoder de 16ventanas tenemos que la Unidad de desplazamiento es:

cmUd 49.064

10164

10=

∏=

×∏

= ( 3 )

Si se implementan los dos encoders uno a cada lado de la plataforma se puedediscernir rápidamente si la plataforma está girando hacia un lado u otro o si va recta, tal ycomo se puede ver en la tabla adjunta:

Contador de Encoder Sentido

Izquierdo = Derecho Recto

Izquierdo > Derecho Gira a la Derecha

Izquierdo > Derecho Gira a la Izquierda

Se ha desarrollado un sistema de control exacto del giro realizado por la plataformaque queda descrito en la parte del proyecto dedicada al software [20]. Con ese diseño sepuede saber en cada momento el ángulo de giro realizado, y la posición exacta de laplataforma. Ya que no es un cálculo trivial se recomienda su estudio y desarrollo teórico.

45


En la Tabla 3 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en el módulode encoder (ME1-EN)






























46


R35 Resistor 1 ΜΩ 5% 1/4 W


R37 Resistor 10 ΚΩ 5% 1/4 W











D2 Diodo 1N4007


D12 Diodo 1N4007


D22 Diodo 1N4007


D32 Diodo 1N4007

Q1 Transistor BC547

Q2 Transistor BC547







U1 C.I. LM324M

U2 CI 74LS14


Tabla 3: Componentes del módulo ME1_EN.

47

2.7.7 Montaje del módulo y pruebas funcionales

Podemos observar una imagen del montaje final del módulo ME1/EN en laIlustración 26 expuesta a continuación:

Ilustración 26. Montaje final del módulo ME1-EN

Ilustración 27 Rueda Fabricada para la realización del Encoder

Una vez finalizado el montaje del módulo y realizadas las pruebas funcionales delmismo se procedió a la fabricación de los encoders, no quedando finalizada esta tareadebido a las dificultades mecánicas de implementar un sistema robusto y fiable. Noobstante se pudo comprobar el funcionamiento de los encoders y la correcta lectura de lossensores; estas pruebas se realizaron en el banco de trabajo, por lo que queda pendientepues la implementación final de los encoders.

48

2.7.8 Diagrama Lógico del Controlador:

Ilustración 28. Bloque funcional del Controlador.

2.7.9 Funcionamiento del Controlador del Módulo: 5

Internamente se compone de dos acumuladores de pulsos programables incrementalo decrementalmente que posibilitan, a partir de una consigna especificada, desplazar elvehículo durante un intervalo de tiempo. El controlador los configura y los gobierna enfunción del modo de trabajo a utilizar. Los posibles modos de trabajo del controlador son:

Núm. Código Modo

Dec: 0 00 Inicialización de la tarjeta.

Dec: 1 01 Contaje por pasos.

Dec: 2 10 Contaje con precarga de consigna.

Dec: 3 11 Modo reservado

Tabla 4: Codificación de los modos de trabajo de los acumuladores.

• Modo 0: Inicialización de la tarjeta.

• Modo 1: Se procede a la cuenta incremental. Al alcanzar la consigna se inicializael acumulador y se prosigue de nuevo la cuenta con la misma consigna. Estopermite ejecutar una serie de conteos iguales sin necesidad de repetir todo elproceso de configuración de la tarjeta.

• Modo 2: Carga del valor de la consigna en el acumulador. Se procede a la cuentadecremental. Al alcanzar el valor nulo se indica que se ha finalizado elacumulado y se espera hasta que se carga una nueva consigna. Úsese paraconteos concretos no repetitivos.

• Modo 3: Modo reservado.

5 Se puede tener una descripción completa de este controlador en el PFC Sistemas módulares bajo

VHDL [20]

MODO TRABAJO (2)

HABILITACIÓN (1)

PULSOS A ENCODER IZQ. (1)

SENTIDO GIRO

ENCODER DERECHA (1)

VALOR ACTUAL CONTAJE (8)

ENCODER

REGISTRO DE ERROR

SENTIDO GIRO

ENCODER IZQUIERDA (1)

CONSIGNA ALCANZADA (1)

PULSOS B ENCODER IZQ. (1)

PULSOS A ENCODER DER. (1)

PULSOS B ENCODER DER. (1)

DIRECCIÓN GIRO (2)

CONSIGNA CONTAJE (8)

CLK (1)

49

2.7.10 Conclusiones del módulo del encoder

Cabe destacar la importancia de poder finalizar (mecánicamente) este módulo, yaque una vez finalizado y estando operativo, se podrá disponer de información fundamentalpara algunas aplicaciones. Si disponemos del espacio recorrido por la plataforma yaprovechando el reloj interno de la CPU, se pueden implementar cálculos de velocidad dedesplazamiento.

Toda esta información abre un campo nuevo en la descripción de los controladores(control central), ya que se pueden establecer controles del avance de la plataforma ycomparar si corresponde a las ordenes enviadas al módulo de tracción, es decir, se puedecerrar el lazo de avance, y una vez implementados los encoders, se puede disponer de lainformación correspondiente al giro, con lo que también se puede cerrar el lazo de controlde la dirección.

Como ejemplos de aplicación, se pueden implementar avances exactos en función dela unidad de desplazamiento; se pueden realizar mapas del terreno con medidas reales; sepuede controlar si las ruedas de tracción patinan y la plataforma no avanza correctamente;saber si cambia la velocidad de la plataforma ( puede ser debido a un desgaste de lasbaterías de la parte de potencia).

No se ha finalizado mecánicamente la construcción del módulo por varios motivos;uno de ellos es la complejidad mecánica de implementar un sistema fiable y robusto y otromotivo es que al tener que cambiar el sistema de plataforma tal y como se ha mencionadoen apartados anteriores se ha priorizado el funcionamiento de otros módulos que ya eranoperativos.

50

2.8 Módulo de Consola de Mando ME2/CM


Módulo de entradas que permite introducir datos en el diseño. Trabaja con dospuertos de entradas. Facilita la asignación de órdenes al sistema y el control directo deotros módulos del mismo.

2.8.2 Conexionado:

2.8.2.1 Puerto A:

(Todos los pines son entradas, no cumplen con el estándar establecido: pines paresentradas exteriores del módulo hacia el dispositivo de control, y pines impares salidasdesde el dispositivo de control hacia el módulo).

1. Vcc.

2. Valor de entrada del registro, bit 0.








10. Gnd.

2.8.2.2 Puerto B:

(todos los pines son entradas, no cumplen con el estándar establecido, pasa lo mismoque en el puerto A).

1. Vcc.

2. Offset del registro, bit 0.



5. Pulsador de conmutación entre parte alta y parte baja de datos en el acceso alregistro (shift).

6. Pulsador Genérico 1 / Carga de datos (load) en el registro indicado por el offset.

7. Pulsador Genérico 2.



10. Gnd.

51



• 2 puertos de entradas (16 bits de entradas).



Simplemente se trata de realizar la implementación de una serie de pulsadores einterruptores para poder mandar la información al módulo de control central.

2.8.4.1 Aplicaciones

La inclusión de un módulo de este tipo en el diseño del sistema posibilita laintroducción de coordenadas de destino para el vehículo, estableciendo un registro deentrada donde acceda en modo lectura el módulo de Control Central.

También posibilita la asignación de órdenes directas a los otros módulos soslayandoel manejo que efectua sobre los mismos el módulo de Control Central.

2.8.5 Descripción de Diseño y Funcional del Módulo Físico

El módulo se compone de un banco de 8 interruptores que permiten la conexión aVcc o a tierra de las entradas (todos los pines) del puerto A (véase Conexionado:),permitiendo la entrada de valores desde el exterior a diseño. Dicho banco se complementacon un selector multipunto de 3 salidas que permite asignar una combinación de valores a3 de las entradas del puerto B. Estas entradas son las que el controlador utiliza paracodificar el offset de acceso a los diferentes registros del sistema. El resto de elementos locomponen pulsadores que asignan el resto de entradas del puerto B a la tensión dealimentación del módulo.

2.8.6 Montaje del Módulo y Pruebas Funcionales.

Este módulo no se ha implementado físicamente como tal, ya que aunque se hadesarrollado el diseño del mismo no es uno de los módulos prioritarios; por este motivoestá pendiente su realización.

52




El rango de entrada de offset permite el direccionamiento a 8 posibles registros dememoria en un diseño. Para offset 0 el tratamiento de los datos por parte del controlador esespecial, ya que el registro direccionado está reservado para las operaciones manuales. Endicho registro sólo es hábil el byte bajo del mismo, ya que la entrada de datos porpulsadores sólo contempla 4 elementos que pueden combinarse con la entrada shift,permitiendo la alternancia entre parte alta y baja del byte pero limitando el total de bitsaccesibles a 8. La modificación de los datos en este registro es inmediata, permitiendo elcontrol directo de otros módulos (funcionamiento en manual de los mismos).

Para cualquier otro offset de entrada se asigna el byte establecido en la entrada delvalor de carga (in_reg_val) al byte correspondiente del registro en función del estado de laentrada shift.

El proceso de modificación de un registro debe efectuarse siguiento un orden lógico,esto es: carga del byte alto del registro dando valor a la entrada in_reg_val, asertando laentrada shift y mientras esta está a nivel alto efectuando la carga mediante la entrada load;carga del byte bajo del registro dando un nuevo valor a la entrada in_reg_val y asertando laentrada load. Al efectuar esta segunda carga (sin tener activa la entrada shift) elcontrolador hace efectiva la transmisión de los nuevos valores sobre el registro de salida(durante el proceso se almacenan internamente) forzando el cambio de ambos valores almismo tiempo.

Durante el trato con offsets mayores de 0 la operatividad de las entradas depulsadores genéricos queda restingida. Sólo se encuentra activa la entrada correspondienteal pulsador 1, que se programa como pulsador multifunción para efectuar las cargas (load)en los registros.

PULSADOR 3 (1)

CONMUTACIÓN SHIFT (1)

OFFSET DEL REGISTRO (3)

OFFSET DEL REGISTRO (3)

VALOR DEL REGISTRO (16)

CONSOLALOAD / PULSADOR 1 (1)

VALOR DE CARGA (8)

PULSADOR 2 (1)

PULSADOR 4 (1)

53

2.9 Módulo de Detección de Obstáculos MB1/DO.


El Módulo de Detección de Obstáculos permite tener consciencia del entorno de laplataforma, esto se consigue mediante los emisores y receptores de ultrasonidos, laconfiguración hardware del módulo permite una gran variedad de aplicacionesmodificando unicamente la configuración a nivel software.

2.9.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. No Utilizado.

3. Activación de la unidad Emisora 1.

4. Recepción por parte de la unidad Receptora 1.


6. Recepción por parte de la unidad Receptora2.


8. Recepción por parte de la unidad Receptora 3.

9. Frecuencia de emisión de las unidades Emisora-Receptora (40 kHz).

10. Gnd.



• Frecuencia de emisión: 40 kHz.

• Ajuste de la sensibilidad de recepción de señal.

• Indicadores luminosos de recepción de señal (ajuste del módulo).


• Distancia de detección desde 10 centimetros a 3 metros (distancia entreplataforma y objeto).

54

2.9.4 Princicipios Teóricos.

El Módulo de detección se basa en los estudios realizados sobre los emisores yreceptores de ultrasonidos que se detallan en el apartado 2.17.1. A modo de resumen cabedestacar que el funcionamiento se basa en la detección por parte de los receptores de laseñal generada por los emisores y que se refleja en los objetos que están bajo su radio deacción.

Cualquier cambio de medio físico que encuentra el sonido emitido implica un rebotede parte de la señal, por este motivo, en función del tipo de material que se quiere detectarse tiene mayor o menor sensibilidad, por otro lado también es proporcional a la superficie ya su grado de inclinación. Por estos motivos existen diversas disposiciones a la hora deimplementar el funcionamiento del módulo.

A continuación se describen diversas aplicaciones posibles para el módulo dedetección.

2.9.4.1 Unidad Emisor-Receptor

Los emisores y receptores pueden trabajar de forma conjunta, estableciendo unidadesde detección, y asociando cada receptor a un emisor, de esta forma trabajamos conunidades Emisoras-Receptoras (en adelante ER).

Habitualmente la dispersión angular de una célula ER se puede reducir combinandovarias de estas células y trabajando a modo de una. Ahora bien, en función delposicionamiento la precisión en la detección puede variar.

2.9.4.1.1 Estructura en Posición Paralela.A causa del grado de dispersión de los emisores se generan zonas de sombra (Z) en

las cuales no es posible la detección. La detección de un obstáculo por parte de más de unade las unidades ER implica una distancia considerable del mismo respecto a la estructura.A mayor distancia de detección menor precisión en la misma al ser más permeable el canala las interferencias. Esto denota los detectores laterales poco eficientes de forma colectiva.Sólo en el caso en el cual se presente un obstáculo en la vertical del emisor su eficiencia esrentable (trabajando individualmente).

Ilustración 30. Estructura Paralela

55

2.9.4.1.2 Estructura en Posición Focal.Al posicionar las unidades ER enfocando hacia un punto equidistante de todas se

configura el módulo para la detección óptima en ese punto. Se debe ajustar el enfoque delos emisores respecto a su dispersión de forma que la distancia de detección óptima sea laadecuada. Con dicha estructura se establecen 3 clases de regiones. Región A: área vistapor una sola unidad; Región B: área controlada por 2 unidades; Región C: área común alas 3 unidades.

Con la clasificación de la región en la cual se ha detectado el obstáculo se puededeterminar lo crítico de la detección y la zona en la cual se localiza el obstáculo.

Ilustración 31. Estructura Focal

2.9.4.2 Configuración de localización exacta:

En este tipo de configuración lo que se pretende es un funcionamiento individual decada emisor y receptor, de esta forma se puede emitir por cualquiera de los emisores ocombinarlos entre ellos y esperar la captación de señal por parte de algún receptor. Conesta configuración se consigue mejorar el sistema de detección, ya que podemos escoger elpunto de emisión y el punto de recepción, y aplicando el sistema de medición de distancias( apartado 2.9.4.2.1)en el caso de que el objeto sea detectado por más de un receptor sepuede realizar un posicionamiento por triangulación (apartado 2.9.4.2.2.1 ).

56

2.9.4.2.1 Medición de Distancias.Si T0 es el momento en que se transmite la señal de detección TX y T1 es el instante

en que se recibe la transmisión RX de la misma (véase Ilustración 66) se puede determinarla distancia D mediante la expresión:

1 0

1( )

2D C T T= ⋅ ⋅ − ( 4 )

Para dicha expresión se resume: D = distancia entre el objeto y el emisor, C =velocidad del sonido, T0 = momento de emisión de la onda, T1 = momento de recepción de

la onda.

Teóricamente la forma de implementar estos principios se apoya en el hecho dearrancar un temporizador al enviar la señal y pararlo al recibir la reflexión. La precisión enlos cálculos de las distancias dependerá de la frecuencia de trabajo del dispositivo querealice los cálculos (o concretando, de la frecuencia máxima a la que pueda incrementarseel temporizador).

Asumiendo la velocidad del sonido como 344m/s6 es posible la obtención de unaresolución válida para los cálculos. Asumiendo una frecuencia mínima en el incrementodel temporizador de 1MHz se obtiene:

1_ ( _ )

2D Velocidad sonido incremento temporizador= ⋅ ⋅ ( 5 )

1344 (0.000001) 0.000172

2D = ⋅ ⋅ = m ( 6 )

Teóricamente es posible el cálculo de la distancia a un objeto con una precisiónmínima aproximada de 0.2 mm.

Se ha de tener en cuenta que cada vez que se emite un pulso se ha de esperar untiempo de seguridad, este tiempo es igual a la distancia máxima detectable, ya que sinopodemos encontrarnos que se emita un pulso y se detecte una señal emitida previamente, loque provoca medidas erróneas.

6 Velocidad del sonido: el valor nominal para la velocidad en el agua es de 1500m/s a 13ºC. Para un

nivel de salinidad de 35 partes por mil, profundidad 0m y temperatura 0ºC la velocidad se establece en1449.3m/s. La velocidad en el aire se establece en 344m/s a 25ºC reduciéndose a 334m/s a 0ºC.

57

2.9.4.2.2 Localización espacial de objetos

A la hora de realizar la situación del objeto en el espacio, hay que tener en cuenta ladificultad de establecer una posición exacta, ya que la distancia del emisor al objeto no hade ser la misma que del objeto al receptor, la única situación de igualdad de distancias seda en el caso de que sea detectado por un par emisor-receptor y que estos estén situadosuno sobre el otro.

Ilustración 32 Ejemplos a la hora de localizar objetos

Por ejemplo en el caso de un emisor central y dos receptores laterales (Ilustración 32)el funcionamiento es básico, ya que si las distancias detectadas por los receptores soniguales, el objeto está situado en el medio; pero si la distancia es diferente el objeto estásituado más hacia el lado donde se ha detectado la distancia mas corta. De esta formapodemos efectuar un rápido procesamiento de la información.

58

2.9.4.2.2.1 Localización Espacial Mediante un Emisor y Dos Receptores

A continuación se describe el desarrollo para localizar objetos en los que con unemisor se detecta la señal en dos receptores diferentes, conocido por (Triangulación)

RECEPTOR 1

m

b

EMISOR

n

h

a

c

d

RECEPTOR 2

OBSTACULO

Ilustración 33 Localización espacial de objetos

Para este ejemplo se ha de cumplir la premisa de

nmc += ( 7 )

es decir la distancia entre los receptores y el emisor a de ser igual.

Tenemos que la distancia detectada por el receptor 1 es igual a X en donde:

baX += ( 8 )

y la distancia detectada por el receptor 2 es igual a Y obteniendo:

daY += ( 9 )

Partiendo de las ecuaciones222 nha += ( 10 )

222 mhb += ( 11 )

obtenemos la siguiente ecuación por sustitución de las ecuaciones 7 y 10 sobre la 11 :2222 )( ncnab −+−= ( 12 )

si aplicamos la ecuación 8 sobre la ecuación 12 se obtiene:2222 )()( ncnbXb −+−−= ( 13 )

Despejando queda:

XcncX

b2

222 −+= ( 14 )

59

Por otro lado obtenemos las ecuaciones siguientes de la Ilustración 33 :222 )( cnhd ++= ( 15 )

222 mhb += ( 16 )

aplicando las ecuaciones 7 y 15 sobre la ecuación 16 obtenemos:2222 )()( nccndb −++−= ( 17 )

como de la ecuaciones 8 y 9 se tiene:

bXYd +−= ( 18 )

sustituyendo la ecucación 18 sobre la 17 se tiene un resultado:2222 )()()( nccnbXYb −++−+−= ( 19 )

en donde si despejamos la variable b se tiene:

YXcnYX

b22

4)( 2

−−−

= ( 20 )

Si despejamos la igualdad que se genera con las ecuaciones 14 y 20 tenemos:

YXcnYX

XcncX

224)(

22 222

−−−

=−+

( 21 )

)(2))(( 2

YXcXYcXY

n+

−+= ( 22 )

una vez calculado el valor de n se puede obtener el valor de b (según ecuaciones 14ó 20), con esto extraemos el valor de h, que es la distancia desde la plataforma al objeto,conociendo todos los lados del triangulo se pueden establecer los ángulos y determinar laposición exacta del objeto.

Conociendo la posición exacta del objeto se puede obtener información de si elobjeto detectado se desplaza y en que dirección se desplaza.

Tal y como se ha desarrollado el ejemplo de detección se pueden implementardiferentes opciones, ya que si un receptor detecta la señal emitida por dos emisorestenemos el mismo caso, es decir, se pueden aplicar los mismos cálculos.

60


A la hora de realizar el diseño del módulo de detección se ha mantenido la premisade realizar una plataforma multipropósito, de esta forma se ha conseguido un módulocapaz de realizar diversas acciones en función del software implementado y de laimplementación final de los emisores y receptores.

El módulo se compone de dos partes diferenciadas: una placa principal que alberga lalógica de los emisores y la señalización (Leds) de los receptores y de una serie de placasauxiliares para cada receptor (una por unidad).

Los emisores se encuentran alimentados por una señal de reloj de 40 KHz; esta señalse pasa a través de un comparador con histéresis (74LS14, Trigger Schmit), con estoconseguimos ajustar la señal a niveles TTL para poderla pasar por los interruptores lógicos(C.I. 74LS08). Posteriormente se ataca al circuito emisor, implementados mediantetransistores que trabajan en corte-saturación, lo cual permite la selección de trabajo decualquiera de ellos de modo independiente o conjunto, en función de la programaciónrealizada. Se necesita que la señal de reloj se ajuste lo máximo al punto óptimo de trabajodel par emisor-receptor de ultrasonidos (ver apartado 2.17.1.)

Los receptores se alojan en las placas auxiliares lejos de la placa central del módulopara evitar captaciones espúreas de la señal de emisión.

Una vez el dispositivo recibe la señal de emisión (40 KHz) se envía a una dobleetapa de amplificación clásica, que amplifica la señal recibida y la normaliza a niveles TTLmediante un comparador con histéresis (Trigger Schmit). Esta etapa de amplificaciónpermite regular la sensibilidad de recepción del dispositivo mediante un potenciometro a laentrada de la misma. La señal lógica procesada (receptor) se utiliza asimismo paraalimentar una serie de indicadores luminosos (leds) que permiten comprobar visualmentela recepción de las unidades y poder realizar los ajustes necesarios para la puesta enmarcha de los mismos. Su funcionamiento es opcional, mediante unos correspondientesconectores (jumpers) a la entrada de los mismos que deshabilitan la etapa de alimentaciónde dichos leds.

La disposición de los Emisores y Receptores es libre, es decir, en función delmontaje de la plataforma estos se adaptan a esa plataforma y, a la configuración softwareimplementada en el módulo de control.

61


En la Tabla 5 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en placa deRecepción de señal del módulo de Detección de obstáculos (MB1-DO)













Tabla 5: Componentes de la Placa Receptor del módulo MB1_DO.

En la Tabla 6 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en placacentral del módulo de Detección de obstáculos (MB1-DO)












62




C1 Condensador Electrolítico 10 uF 63V





JP1 Jumper

JP2 Jumper

JP3 Jumper




Q1 Transistor BC547

Q2 Transistor BC547

Q3 Transistor BC547

Q4 Transistor BC547

Q5 Transistor BC547

Q6 Transistor BC547

U1 CI 74LS08

U2 CI 74LS37


Tabla 6: Componentes de la Placa Central del módulo MB1_DO.

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Podemos observar una imagen del montaje final del módulo MB1/DO en lasilustraciones expuestas a continuación:

Ilustración 34. Montaje final del módulo MB1-DO (Placa central)

Ilustración 35. Montaje final del módulo MB1-DO (Placa Receptor)

Durante las pruebas funcionales se ha podido comprobar el correcto funcionamientodel módulo, pero también se ha comprobado la complejidad en la detección de obstáculos,ya que en función del tipo de objeto y de la posición del mismo la señal recibida varía enamplitud y en desfase, aunque en este módulo sólo se realiza una detección básica derecepción de señal. Con este funcionamiento el módulo a cumplido las espectativas, es unmontaje simple y funcional. Desarrollando todavía más el controlador, se puede procesarun gran variedad de aplicaciones.

64




El controlador implementado se basa en el funcionamiento del par emisor-receptorfuncionando conjuntamente, pero no se ha llegado a implementar el funcionamiento demedición de distancias.

El controlador recibe un modo de funcionamiento que establece la manera en que vana activarse los emisores. Establece la cantidad de elementos que intervienen en el proceso.

MODO DESCRIPCIÓN

0 Módulo desconectado.

1 Activación del grupo 1.



4…6 Modos no utilizados, reservados.

7 Activación de todos los grupos emisores.

Tabla 7: Modos de configuración de los grupos emisores.

El código devuelto indica los grupos se encuentran activos (reciben la señal emitida).


0 Sin recepción

1 Recepción del grupo 1.


3 Recepción de grupos 1 y 2.




7 Activación de todos los grupos emisores.

Tabla 8: Código de detección de los grupos detectores.

UREC1 (1) UEMI1 (1)

DETECCION

OBSTÁCULOS

UREC2 (1)

UREC3 (1)

MODO (3)

UEMI2 (1)

UEMI1 (1)

CODIGO (3)

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2.9.10 Conclusiones del Módulo de Detección de Obstáculos

Una vez realizadas las pruebas con el módulo y comprobado el correctofuncionamiento del mismo, se han detectado diversos inconvenientes a la hora de realizarla implementación global del mismo con el resto de la plataforma. El primer problema esque no se consigue el punto óptimo de trabajo del par emisor-receptor, ya que la frecuenciagenerada por el módulo de control Central no se ajusta a lo mencionado en el apartado2.17.1. Por este motivo se ha tenido que implementar un generador de 40 KHZ para podertrabajar con este módulo mientras en un futuro se solucionan estos problemas

El generador de 40 Khz que se ha implementado es el mismo que se ha utilizado pararealizar los ensayos previos con los ultrasonidos y, que quedan reflejados en el apartado2.17.1.

Otro inconveniente es que para poder trabajar con una sensibilidad mayor en larecepción de señal hay que situar los emisores-receptores a una cierta distancia del suelo,ya que sinó el rebote en el suelo es detectado por los receptores. Por otra parte también sepuede disminuir este efecto situando un material que actue de esponja; absorviendo laseñal generada y evitando ese problema.

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2.10 Módulo de Visualización MS1/VI.


Módulo de salida que permite ofrecer información del estado del sistema al exteriormediante un conjunto de elementos visualizadores.

2.10.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. Código BCD a representar, bit 0.




6. Selector Display, bit 0.

7. Selector Display, bit 1.

8. Activación punto posterior Display activo.

9. Activación punto anterior Display activo.

10. Gnd.



• Rango de visualización de 4 dígitos.

• Bajo consumo, gran rendimiento por multiplexación del dispositivo visualizador.


2.10.4 Princicipios teóricos.

Para la representación o exposición de datos al exterior se ha pensado en representaresta información en un paquete de 4 visualizadores, (vulgarmente denominados 7segmentos); con esta combinación de elementos se puede representar una informacióndesde 0 a 9.999. Esta información se puede codificar para mostrar mensajes de error,indicar el funcionamiento de la plataforma o simplemente mostrar información captada porotros módulos.

Para representar la información se ha de convertir la información binaria que procesael módulo central a BCD, que es la información que necesitan los 7 segmentos. Paracodificar la información de 0 a 9.999 se necesita un bus de 14 bits, cosa que por las basesdel diseño no es practicable, y por ese motivo este módulo se basa en otro tipo defuncionamiento, que es aprovechar la retención del ojo humano y multiplexar lainformación, de forma que por un mismo bus se mande la información de los 4 sietesegmentos de forma secuencial. Así se consigue que la persona que ve la información lalea completa.

67


El módulo está construido entorno a un adaptador BCD7 a 7 segmentos del tipo7448[4], conversor de los datos de entrada del puerto (en BCD) a combinacionespermitidas para los elementos visualizadores. Estos cuatro elementos visualizadorescomparten la función conversora del adaptador 7448. Para ello se programa una funciónlógica de decodificación del visualizador a usar que determina cuál de ellos está activo encada momento y representa los datos del adaptador (dispositivos 7404 y 7408 [4]). Lasseñales de conexión entre dispositivos se encuentran adaptadas mediante una redmantenedora de señal (transistor trabajando en modo corte – saturación). Dicha redregenera la señal a la entrada de cada uno de los dispositivos.

Podemos establecer un periodo de representación en cada visualizador de 5 ms, conlo que conseguimos que en 20 ms se han representado todos los datos, repitiendo esteproceso durante 2 Segundos. Cada visualizador ha representado el mismo valor durante100 periodos de 5 ms, por tanto el ojo humano solo ha podido apreciar que serepresentaban 4 valores durante dos segundos. Es una forma eficiente de poder representar4 valores a través de un solo puerto de salida.


En la Tabla 9 se muestra una lista de todos los componentes utilizados en el módulode encoder (MS1-VI)














7 BCD o Binary Coded Decimal; recuérdense las combinaciones binarias de 4 bits que permiten

representar un número de 0 a 9 y estructurar dichas combinaciones para permitir la expresión de datosnuméricos más complejos.

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D1 Visualizador 7 Segmentos




Q1 Transistor BC547

Q2 Transistor BC547

Q3 Transistor BC547

Q4 Transistor BC547

Q5 Transistor BC547

Q6 Transistor BC547

Q7 Transistor BC547

Q8 Transistor BC547

Q9 Transistor BC547



69




U1 CI 74LS48

U2 CI 74LS04

U3 CI 74LS08


Tabla 9: Componentes del módulo MS1_VI.

2.10.7 Montaje del módulo y pruebas funcionales.

Podemos observar una imagen del montaje final del módulo MS1/VI en laIlustración 37 expuesta a continuación:

Ilustración 37. Montaje final del módulo MS1-VI

Durante el montaje y las pruebas funcionales se ha podido comprobar el correctofuncionamiento del módulo, aunque se ha pensado en la posibilidad de separar la placa decontrol de los siete segmentos, de esta forma se pueden situar en la parte de la plataformamás apropiada para su visualización.

Se ha podido comprobar que aunque la intensidad luminosa de los 7 segmentos adisminuido al multiplexar la señal, se puede apreciar correctamente la información.

70




El controlador trabaja sobre un registro de entrada formado por 2 datos de 8 bits. Elcontrolador selecciona qué parte del registro debe representar y gestiona el control de los 4elementos de visualización de la placa. La selección la ejecuta mediante un multiplexorque opta por una de las cuatro entradas de un bus de cuatro bits que codifica la cifra (enBCD). La representación gestiona cual de los elementos está activo, generando un barridopermanente de los cuatro elementos visualizadores de forma rotativa.

Internamente el controlador se compone de un elemento conversor de binario a BCD74185 y un multiplexor de 4 entradas de bus de 4 bits. El controlador recibe una señalexterna de reloj (byte_selector) que conmuta constantemente entre partes alta y baja delregistro pasándose al elemento conversor. Dicho conversor utiliza 5 bits de la entradabinaria de los 6 totales útiles (su rango está comprendido de 0 a 63). El último bit no se vealterado en el cambio de formato (se copia directamente). El dispositivo devuelve el dígitode las decenas codificado en BCD de 3 bits. El dígito de las unidades se genera con los 3primeros bits devueltos por el conversor como elementos de mayor peso y como bit demenor peso el correspondiente al del valor original en binario. Devuelto en BCD de 4 bits.

Los dos bits de mayor peso de cada uno de los bytes del registro se utilizan paracodificar el punto a visualizar.

Byte (alto o bajo) Significado de la combinación:

0 0 Dígito inferior, menor peso

0 1 Dígito inferior, mayor peso

1 0 Dígito superior, menor peso

1 1 Dígito superior, mayor peso

Tabla 10: Codificación del marcador en el grupo de visualizadores.

SELECTOR DE BYTE (1)

CONTROL DIGITO (2)

VISUALIZADORBYTE BAJO (8)

BYTE ALTO (8)

ESTADO DE ERROR

VALOR DIGITO (4)

PUNTOS (2)

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2.10.10 Conclusiones del módulo de Visualización.

Como conclusión principal hay que destacar que este módulo es importante parapoder recibir información visual de la plataforma. Se ha podido realizar de un modo simpley eficaz un sistema que permite exponer información sin necesidad de sobreutilizar lossistemas físicos (BUS), pero que por el contrario se necesita implementar un controladormas complejo que permita el correcto funcionamiento del módulo.

Tambien se extrae como conclusión que, este módulo se puede ampliar de forma quela información mostrada sea mas completa; esto se puede conseguir con otros sistemas devisualización tales como una representación Alfanumérica, ya sea en sistema de Led’s o enpantallas de visualización de cristal líquido.

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2.11 Módulo de Transmisión de Datos MB1/TX.


Módulo de entrada que permite la comunicación del sistema con el exterior medianteun puerto serie. El controlador implementa el protocolo utilizado en las comunicacionespudiendo adaptarse al área de trabajo donde se use el módulo.

2.11.2 Conexionado:

1. Vcc.

2. Entrada de datos serie (desde linea RS-232 hacia puerto de conexión).

3. Salida de datos serie (desde puerto de conexión hacia linea RS-232).

4. No Utilizado.

5. No Utilizado.

6. No Utilizado.

7. No Utilizado.

8. No Utilizado.

9. No Utilizado.

10. Gnd.



• Comunicaciones Full Duplex bajo puerto serie RS-232C

• Comunicaciones a 9600 Baudios.

• 8 bits de datos, 1 Start bit, 1 Stop bit.


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2.11.4 Principios teóricos.

2.11.4.1 Puerto Serie:

RS-232C (o EIA-232C o RS-232) es el estándar de interfaz para comunicacionesserie más común. Dicho estándar define el medio del interfaz pero no un protocolo a usaren él. El estándar establece las características de las señales eléctricas, las mecánicas(asignación de pines...) y la descripción funcional de las señales de control etc. Algunas desus características son:

• Comunicación punto a punto (Point-to-point). Únicamente 2 dispositivos.

Ilustración 39. Comunicación entre 2 dispositivos vía RS-232.

• Comunicación full-duplex8. Se establece un cable para cada dirección y un cablede tierra. Esta disposición permite desarrollar aplicaciones únicamente con 3cables de conexión.

Ilustración 40. Asignación de patillaje para conectores DB-25.

• Alcance máximo de 75m a una velocidad de transferencia de datos de 19200Baudios. Es posible alcanzar los 900m comunicando a 900 Baudios.

8 Full-duplex: Transimisión independiente y simultánea en 2 vias (en ambas direcciones, 4 cables). La

comunicación puede darse simultáneamente en ambas direcciones. Actualmente, la mayoría de líneas decomunicaciones de doble vía son full-duplex.

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El estándar RS-232 define las comunicaciones serie asíncronas. La información sedivide en palabras y se transmiten a través del canal bit a bit. El tamaño habitual de unapalabra es 8 bits aunque existen variaciones en transmisiones con palabras de 5, 6 o 7 bits.La longitud de dicha palabra deberá ser la misma tanto para transmisor como para receptorasí como la velocidad a la que se comunicarán ambos (Baudios).

Dado que la comunicación es asíncrona y el envío de un dato puede iniciarse encualquier momento, debe usarse algún método que indique el inicio y el final de cadapalabra (p.ej. un bit de inicio, 0 lógico y un bit de paro, 1 lógico, indicando el inicio y elfinal de cada palabra). Cuando no se transmite información la línea se mantiene al nivellógico 1. Cuando la línea cae al nivel lógico 0 (p.ej. el bit de inicio) el receptor se preparapara la recepción de datos. Dicho receptor, trabajando a la misma frecuencia detransmisión, puede calcular cuándo llegará el próximo bit y comprueba la tensión de lalínea periódicamente (teóricamente la tensión en la línea debe tomarse en la zonaintermedia de cada pulso). Tras el envío del último bit de datos se transmite un bit de paro(stop bit, nivel lógico 1) indicando el final de la palabra. El ciclo se repite cuando se envíael siguiente bit de inicio (start bit, nivel lógico 0). Es importante remarcar que el bit menossignificativo se envía siempre primero.

Si por alguna razón (p.ej. ruido) el bit de inicio no se recibe y/o el bit de paro no sedetecta donde debería estar se produce un error de trama. El receptor debe intentarresincronizarse con el flujo de datos enviados buscando un par de bits de inicio/paroválidos. Esto es posible siempre y cuando haya suficiente variación en la trama de bits.Aún así se produce pérdida de datos y es necesario cierto tiempo para la resincronización,más aún si, por ejemplo, los datos enviados contienen un número continuo de 0’s9 [14][16].

2.11.4.2 Protocolo:

Una vez establecido el puerto de comunicaciones vía serie debe seleccionarse unprotocolo a usar. El protocolo en un sistema de comunicaciones controla la estructura delenguaje o el formato del mensaje circulante por el medio. Dicho protocolo es vital para elfuncionamiento del sistema; determina cómo maestro y esclavo establecen contacto, cómose identifican emisor y receptor, cómo se intercambian los mensajes de una formaordenada y cómo se detectan los posibles errores. (Se recomienda la consulta del PFC:Sistemas modulares bajo VHDL [20] )

9 Un número continuo de 0’s puede considerarse un error de trama especial que no se considera un

error propiamente dicho, sino una forma de comunicación. Dado que la condición de reposo en lacomunicación por la línea implica un 1 lógico permanentemente se da la posibilidad de detección de fallo enla línea de comunicaciones. Cuando esta se interrumpe se considera un bit de inicio. Tras muestrear elnúmero de bits de datos indicado (todos ellos a 0) el receptor espera la llegada del bit de paro (nivel lógico 1)pero al haber rotura de la línea esto no se produce, obteniendo una trama no contemplada. Esto se asocia a laseñal BREAK.

75


La parte física del módulo aporta los elementos mínimos necesarios paraimplementar el puerto, ya que el controlador del mismo se encarga de toda la tarea detransmisión. La función propia de la tarjeta se enfoca a la adaptación de las señales delpuerto de comunicaciones a las tensiones de trabajo del dispositivo de control central (yviceversa). El estándar EIA-232 (Electronic Industries Association) establece los rangos detensión sobre los cuales se debe trabajar, determinando una magnitud entre 3 y 25V designo positivo para el 0 lógico y negativo para el 1 lógico. Para adaptar estas tensiones alos niveles TTL del módulo tradicionalmente se insertan unos elementos adaptadores delínea (dispositivos MC1488 y MC1489).

Nivel Rango del Transmisor (V) Rango del Receptor (V)

0 lógico +5......+15 +3......+25

1 lógico -5..…..-15 -3.......-25

Intederminado - -3..…..+3

Tabla 11: Rangos de tensión para los adaptadores de línea.

Cada uno de estos elementos se encarga de una parte del proceso (transmisión yrecepción de datos). El receptor proporciona a la lógica TTL la tensión correspondiente enfunción del signo de la tensión de entrada (comprendida dentro del margen). El transmisorejecuta una tarea inversa ofreciendo un nivel de salida de signo positivo o negativo, enfunción de la expresión lógica que se transmite. Esta parte del circuito es la que determinala complejidad de la implementación. El transmisor debe alimentarse simétricamente conla tensión de trabajo determinada. Esto requiere insertar en el módulo una estructura capazde ofrecer dicha tensión (p.ej. –9V) a partir de la misma fuente (un elemento inversor) obien insertar dos fuentes que concluyan el mismo resultado.

Ilustración 41. Esquema clásico de adaptación de línea.

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Estos condicionantes en la alimentación del módulo obligan a la búsqueda de unasolución menos costosa (eléctricamente hablando) que no precisen de una nueva fuente dealimentación inserida en el módulo. La solución a este problema planteado no es nueva,pues aparece en aplicaciones habituales (por ejemplo en ordenadores portátiles, enelementos alimentados mediante baterías…) y lo hace de la mano de dispositivos comoMAX232[5] (Maxim) o DS275[6] (Dallas Semiconductors), que permiten la gestión delpuerto serie con una sola alimentación de 5V. Dichos circuitos utilizan la propia tensión dela línea serie para generar la trama de salida de su controlador aplicando técnicas deelevación de la tensión (boostering).

Ilustración 42. Adaptación de línea mediante un dispositivo MAX232.

Ilustración 43. Adaptación de línea mediante un dispositivo DS275.

El dispositivo seleccionado para este módulo es un DS275 de Dallas Semiconductorya que precisa de menor cantidad de elementos adicionales (no son necesarios capacitores)y el montaje se define por una mayor compactación (el dispositivo dispone de menos

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patillaje). Por otro lado este dispositivo ha sido diseñado inicialmente para trabajar enmodo half-duplex10; esto es, la entrada de datos permanece desactivada mientras setransmiten los datos de salida y viceversa, de forma que para implementar un modo full-duplex es preciso doblar el dispositivo11.

La conexión entre el módulo y el exterior vía RS-232 se efectua mediante unconector DB9. La asignación de las señales del estándar RS-232 se corresponde con elmostrado en la Ilustración 44 (difiere del indicado en el apartado 2.11.4.1, Puerto Serie, alno corresponderse el patillaje entre conectores DB9 y DB25; la correspondencia esjustamente inversa, lo que provoca fácilmente confusiones):

Ilustración 44. Señales RS-232 en un conector DB9.


El montaje físico del módulo no se ha desarrollado, ya que no es uno de los módulosprioritarios, y queda para un futuro su implementación y pruebas.

10 Half-duplex o Semi-duplex: Capacidad para enviar y recibir datos mediante la misma linea de

comunicaciones. La comunicación es posible en ambas direcciones, pero no simultáneamente. Los telégrafosantiguos funcionaban de este modo, como también muchas formas modernas de comunicación (por ejemplo,radioaficionados). También denominado simplemente Duplex.

11 Consúltese la documentación del dispositivo.

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2.12 Módulo de Control Central MB8/CC.


Placa central que aloja la unidad de control seleccionada. Se compone dichoelemento de zócalos de acceso a los diferentes pines, (8 para el caso de un componente dela familia MAX7000) y la circuitería adicional para su funcionamiento.

2.12.2 Conexionado:

El conexionado de cada puerto se corresponde a las descripciones establecidas paracada uno de los módulos descritos previamente. Los puertos se distribuyen según laIlustración 45.

Ilustración 45 Disposición de los diferentes puertos en el Módulo de Control Central

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2.12.3.1 Bloque de Oscilación:

El dispositivo de control está preparado para recibir una entrada de reloj normalizadaa niveles TTL, lo cual implica que, la señal que se genere para tal propósito deberá seracondicionada. Las posibles opciones barajadas consisten en:

1. Construcción de un oscilador Pierce completo con normalización de la señal desalida a los niveles esperados por la unidad de control.

2. Inserción de una unidad osciladora integrada en un dispositivo. Este engloba todala circuitería necesaria para su generación siendo necesario únicamente laalimentación del mismo.

2.12.3.1.1 Oscilador Pierce

Ilustración 46. Configuración de un Oscilador CMOS

La estructura que compone un oscilador Pierce describe los elementos necesariospara generar una señal de reloj a partir de un cristal de cuarzo. La configuración mostradaen la Ilustración 46 se establece como el estándar que lo define [13], (trabajando bajotecnología CMOS). Los elementos inversores e incluso los condensadores pueden quedarincluidos en el elemento discreto que precise la señal, requiriéndose únicamente el cristal(osciladores on-chip)[11].

2.12.3.1.2 Dispositivo Oscilador IntegradoElemento preparado para ofrecer una señal periódica TTL de fácil integración en

circuitería al requerir únicamente la alimentación.

Ilustración 47. Dispositivo Oscilador Integrado.

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2.12.3.1.3 Implementación Hardware.Finalmente el módulo presenta ambos diseños. El primer bloque es una realización

práctica de un oscilador Pierce según los cánones establecidos [12]. Un bloque inversor seencarga de llevar la señal generada por la oscilación del cristal de cuarzo a los márgenesrequeridos por la circuitería.

Ilustración 48. Implementación del Circuito Oscilador en placa.

El segundo bloque está basado en un dispositivo oscilador integrado KCO-110S dela casa KOYO [10], el cual genera un ciclo de frecuencia de 50MHz.

El cambio de uno a otro precisa el cambio del circuito lógico inversor por eldispositivo oscilador integrado (el diseño se ha realizado manteniendo compatibilidad deconexiones) y desconectando el jumper selector (desconexión de la capacidad de salida)


Para la descripción del funcionamiento del Controlador del Módulo se hacereferencia al PFC: Programación de sistemas modulares bajo VHDL [20], queda realizadotodo el desarrollo del mismo.

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2.13 Plataforma Utilizada.

Tal y como se describía al inicio de esta memoria, la plataforma a utilizar es la basede algún juguete que cumpla los requisitos mínimos.

2.13.1 Selección de la 1 ª Plataforma

Una vez sondeado el mercado, se consigue localizar dos plataforma que se ajustan alos requisitos; estas plataformas tienen un precio asequible y disponen de los elementosbásicos para poder trabajar (motor de tracción y motor de dirección).

A la hora de realizar la selección entre las dos plataformas, se opta por la plataformamás sencilla y con un peor sistema de giro. Al tomar esta decisión, se han conseguido 3plataformas idénticas por el mismo precio que una unidad de la que queda descartada. Estemotivo es suficiente para justificar esta opción, ya que se han de realizar pruebas y es muyprobable que alguna de las plataformas quede dañada o deteriorada.

En la Ilustración 49 se puede observar como se adquirió la plataforma original y en lasiguiente ilustración la parte utilizada.

Ilustración 49 Plataforma Inicial seleccionada

Ilustración 50 Plataforma útil seleccionada

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2.13.2 Modificaciones y ajustes.

Una vez que se dispone de la plataforma, se han de ajustar los sistemas descritospreviamente en cada módulo, es decir, en primer lugar se han de acoplar las diferentesplacas centrales de cada módulo a la plataforma; en este caso debido al espacio limitado sehan de tener en cuenta las necesidades de cada módulo, ya que por ejemplo el módulo devisualización se ha de colocar de forma que se puede observar la información. Una vezdistribuidas las diferentes placas se han de adaptar los sistemas de detección de laplataforma; ya sea la localización del sistema de dirección, los encoders o los ultrasonidos.Una vez que se empiezan a colocar todos los sistema y se realizan pruebas, se observa quela plataforma tiene problemas para poder realizar giros, ya que el sistema de giro es muysencillo y no tiene suficiente potencia para realizar un giro de las ruedas directrices sinestar la plataforma en movimiento. En la Ilustración 51 se puede observer un detalle delsistema de giro de la plataforma.

Ilustración 51 Detalle del sistema de giro de la plataforma

2.13.3 Plataforma Fabricada

Con los detalles descritos previamente, se llega a la conclusión de que la plataformaescogida no reune las condiciones mínimas para poder realizar un trabajo satisfactorio. Poreste motivo se llega a la determinación de que se ha de realizar una migración a otraplataforma; en este caso se realiza la fabricación de una plataforma propia, no es un diseñorevolucionario pero si es efectivo, y gracias al inconveniente de la primera plataforma y atener que realizar la migración se demuestra uno de los objetivos del proyecto y es que eldiseño realizado a de ser portable, cosa que ha quedado demostrada.

En la Ilustración 52 se puede observar una imagen de la plataforma fabricada, la cualtiene un tamaño apropiado para albergar todos los módulos; el tamaño de la misma sepuede reducir, pero no entra en los objetivos de este proyecto, ya que se pretende realizaruna plataforma práctica y funcional, y se propone como continuación del proyecto mejorarla distribución física de la plataforma.

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Ilustración 52 Plataforma definitiva fabricada.

Otro de las ventajas de esta plataforma es el sistema de giro, ya que lleva unsistema de engranajes que consigue transmitir una gran potencia al eje; de esta forma seconsigue controlar de una forma más exacta el giro del mismo, y también se ha realizadomediante un sistema de leva el posicionamiento del eje, este se puede apreciar en laIlustración 53.

Ilustración 53 Leva de situación del eje Direccional.

2.13.4 Módulo de Detección Frontal (ME1_TF)

En esta plataforma se ha implementado un sencillo módulo nuevo pero funcional,que se basa en la detección de elementos por contactos.

Se han utilizado dos finales de carrera frontales, que se ajustan de forma que en casode que los ultrasonidos no detecten algun elemento sepamos que la plataforma hacolisionado con algo y podamos responder a esa situación.

Se representa un esquema del controlador implementado en la Ilustración 54

Ilustración 54 Bloque funcional del controlador

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Se muestran una serie de ilustraciones donde se puede apreciar el módulo y laimplementación de los sensores.

Ilustración 55 Imagen del módulo implementado

Ilustración 56 Situación de los sensores

Dado que este módulo ha sido realizado de forma provisional, se deja para unafutura ampliación el implementar de forma definitiva el módulo físico, de forma que sepueda realizar un sistema de detección tipo barrera alrededor de la plataforma.

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2.14 Resultados Obtenidos

Cabe destacar que la plataforma que se ha desarrollado es fruto de un proyecto queen sus orígenes se mostró muy ambicioso y con gran abanico de posibles líneas de trabajo,debido a esta situación y al limitado presupuesto disponible se ha desarrollado por dosproyectistas.

En orígen se pensó en dividir el trabajo entre el software y el hardware de laplataforma; si bien esa es la partición natural y la realizada para la presentación de lasdiferentes memorias, a la hora de la verdad no ha sido una tarea fácil, ya que se hannecesitado muchas horas de coordinación entre las dos partes para definir hasta donde sedesarrollaba el hardware y donde empezaba el software, e incluso en diversas ocasiones sehan modificado los planteamientos originales, en función de las líneas de trabajo e inclusouna vez finalizados y desarrollados unos complejos pero funcionales controladores se hapodido comprobar lo inviable de implementarlos en el módulo de Control Central; por loque sería mas eficiente modificar los propios módulos para dotarlos de un dispositivoprogramable donde alojar los controladores y descargar la Memoría Central de los mismos.Todos estos procesos aquí descritos integran unas estrategias de Codiseño, que sinpretender desarrollarlas en un principio se han hecho imprescindibles para poder trazar elhilo de trabajo del conjunto de la plataforma.

A lo largo del desarrollo de los diferentes módulos se han mantenido las premisas derealizar unos módulos físicos simples pero funcionales, que sean intercambiables (para loque se ha desarrollado el estándar de comunicación) si bien en algunos casos se han tenidoque modificar esos estándars como es el caso del módulo de visualización, en que el busbidireccional se ha convertido en un bus de una sola dirección; por el que se envíainformación al módulo, pero no se tiene un retorno con el que se pueda detectar algún erroren el módulo o alguna otra información de utilidad.

En otros modulos como es el caso del módulo de Detección de obstáculos porultrasonidos, se ha diseñado un primer módulo muy funcional y versátil, pero es uno de losque más se pueden evolucionar, ya que en este módulo se ha desarrollado un trabajo muyimportante de investigación y de planteamientos teóricos que basicamente por falta detiempo no se han podido demostrar práctica y experimentalmente, y es que este únicomódulo puede desarrollar un proyecto final de carrera por si mismo, ya que tiene muchasposibles ampliaciones que en el transcurso de esta memoria se han descrito ampliamente(ver apartados 2.9 y 2.17.1). En este módulo se ha localizado un problema a la hora derealizar el trabajo en conjunto con el Módulo de control central, y es que la frecuencia detrabajo de los ultrasonidos se ha extraido de una salida del dispositivo programable, no seha conseguido regular la misma para un funcionamiento correcto, y es que una soluciónmas práctica es establecer un oscilador mediante un 555 que es lo que se ha utilizado paralas pruebas previas del mismo ver apartado 2.17.1.

Una de las experiencias que hay que describir es la dificultad a la hora de establecertodo el sistema de sensores sobre la plataforma, ya que la teoria sobre los mismos es muysencilla de comprender, pero a la hora de implementar por ejemplo el sistema de sensadodel eje de dirección hay que idear una serie de elementos que no existen comercialmente yque hay que desarrollar de forma artesanal. Todos estos trabajos de ajuste de los sensoressobre la plataforma es uno de los puntos que más horas han necesitado, ya que se han dedesarrollar de una forma útil y durable, y esa es una de las dificultades, establecer unsistema que se pueda utilizar una y otra vez y siga siendo fiable. Este es uno de loshandicaps a superar; disponer de una plataforma y unos sistemas de sensado fiables y

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robustos, ya que mientras no se consiga este objetivo no se puede pasar al siguiente; quesería utilizar todos estos módulos por separado como base de diferentes prácticas paraalumnos en asignaturas de la carrera donde se puedan desarrollar sistemas de programaciónde controladores y se comprueben con el módulo físico.

Como colofón final de resultados hay que expresar lo complicado de realizar pruebascon una plataforma que en un banco de trabajo y bajo unas premisas de pruebas a realizarse comporta de forma correcta y, de acuerdo a la bases establecidas y la dificultad de queesa misma plataforma se deposite en un terreno desconocido donde la superficie esdiferente (cambia la aderencia de las ruedas), donde al intentar utilizar baterías el peso delas mismas imposibilita esta opción, donde los objetos a detectar no corresponden alestándar programado y, donde siempre existen situaciones no cotempladas de elementosinclinados (no detectados por los ultrasonidos), posibles escalones (no hay sensoresprogramados ni desarrollados para esta tarea) y, como estos ejemplos podemos exponermuchos más; cosa que no significa nada más que pese al trabajo desarrollado existe unamplio horizonte con posibilidades de continuidad y de mejora de los resultados obtenidos.

2.15 Conclusiones

Como primera conclusión hay que destacar que un proyecto de esta magnitud sequeda mermado por el escaso presupuesto disponible, cosa que implica muchas horas detrabajo manual y artesanal. Disponiendo de un presupuesto más elevado se pueden adquirirelementos como una plataforma más adecuada, motores con encoders incorparados,baterías mas adecuadas, etc.. Esta reflexión no implica una precariedad de medios,simplemente que como continuación de este proyecto se pueden ir encadenando una seriede proyectos que tengan como resultado final el desarrollo de una plataforma robusta y conmódulos mas competitivos.

Una de las cosas a tener en cuenta es que al desarrollar un proyecto como este en elque intervienen diferentes partes de desarrollo (2 proyectistas) y, en el que no se ha podidoestablecer una línea de trabajo contínua, ya sea por una u otra de las partes implicadas en eldesarrollo; ha sido imprescindible esa labor de codiseño para establecer tanto las bases detrabajo como la línea de ese trabajo, de forma que se pueda seguir desarrollando porseparado y que posteriormente todas las piezas encajen a la perfección como en un puzzle.Otro apartado es el resultado obtenido, pero hay que insistir en esa gran labor que no quedareflejada en ningún documento sobre las horas empleadas en establecer las bases de cadamódulo para cada una de las partes implicadas (software y hardware).

Como se puede apreciar a lo largo de todo el trabajo expuesto ha sido necesariorecurrir a muchas ramas diferentes e integrarlas en un solo trabajo desarrollado; estoimplica la necesidad de aplicar los conocimientos adquiridos a lo largo de la carrera, ya seatanto para realizar el diseño del hardware en el que intervinen diferentes sistemas, comoelectrónica de potencía, sistemas digitales, diseño VLSI, diseño a través de herramientasCAD, y otra gran cantidad de elementos, como en el diseño software donde se han deconocer los sistemas de programación y todo lo descrito en el hardware para tenerelementos de valoración del diseño y buscar posibles mejoras en el funcionamiento delmismo.

Como conclusión final hay que indicar que el trabajo realizado a sido de granatracción tanto para las partes que lo han desarrollado como para el director de los dosproyectos, ya que nos hemos introducido en un mundo nuevo (para nosotros) donde loslímites de cada módulo venían impuestos por la necesidad de avanzar en los otros módulosy, donde las posibilidades de desarrollo se abrían en un gran abanico, donde había que

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decidir que camino seguir y que, este camino en muchas ocasiones había que limitarlo enfunción de los medios disponibles, ya fueran técnicos, económicos o humanos (grancantidad de horas de desarrollo). Todo esto ha desenlazado en un proyecto de granatractivo para todas las partes, en las que se vería consumado con la continuidad del mismoya sea por otros proyectistas como por utilidad de futuras prácticas.

El otro proyecto al que se hace referencía es: “Desarrollo de una plataforma móvilmodular: descripción VHDL de los módulos de control” del ya Ingeniero TécnicoIndustrial Luis Carlos Baglietto Boronat y con el mismo Director de proyecto que el aquídescrito Jose Luis Ramirez Falo [20].

2.16 Posibles Ampliaciones y Aplicaciones del Proyecto

Según las descripciones realizadas en cada módulo individualmente, como en losresultados y conclusiones, así como durante los diferentes ensayos realizados se indicanuna serie de posibles ampliaciones para la plataforma aquí descrita, y estas ampliaciones sedividen en nuevos módulos y en ampliación de los módulos existentes.

2.16.1 Desarrollo de Nuevos Módulos

Se describen una serie de nuevos módulos que son factibles de desarrollar paranuevas posibles ampliaciones del proyecto.

2.16.1.1 Módulo de Alimentación

Este módulo se basa en realizar un control de las diferentes alimentaciones de laplataforma, ya que se alimenta de baterías en circuitos independientes; uno para la parte depotencia (motores) y otro la parte de control, y en este módulo se procesarían esasalimentaciones, de forma que si detecta que la carga de las baterías baja del nivel mínimoestablecido, informaría al Sistema de Control Central de esta anomalía para que se actuaseen consecuencia.

Como otro complemento podría regular electrónicamente la recarga de las baterías,como símil se puede pensar en las emisoras, que disponen de un circuito encargado decontrolar la recarga de las mismas.

2.16.1.2 Detección de Suelo

Con este módulo se quiere evitar que la plataforma pueda caer por desniveles delsuelo, como por ejemplo un escalón; este módulo se encargaría de realizar esa tarea, unaposible solución sería implementarlo mediante sensores de ultrasonidos que midiesen ladistancía y evaluasen cuando esa distancia fuese insalvable por la plataforma, y se puedeutilizar para realizar un mapa de superficie y detectar las irregularidades y las diferentescotas de los escalones localizados.

2.16.1.3 Termómetro, Luxómetro

Otra posible implementación sería realizar un termómetro mediante transistores(prácticas de Instrumentación), o incluso de medidas de iluminación, que son diferentesampliaciones para nuevos módulos.

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2.16.1.4 Placas solares

Implementar una serie de placas solares podría ser útil para reducir el consumo de lasbaterías o, incluso para recargar esas baterías, y podría ser una fuente alternativa para casosde emergencia por fallo de las baterías, que se pudiese realizar una serie de trabajos básicocomo almacenar los datos en una memoria.

2.16.1.5 Control de Inclinación

Este módulo se encargaría de identificar los desniveles del suelo; de esta forma sepuede controlar por que el avance de la plataforma puede ser más lento (en una cuestaarriba). Este módulo se empezó a desarrollar de forma experimental, y el primer paso quese realizó fue intentar realizar unos sensores capaces de detectar esa inclinación, estos sebasaban en una serie de tubos de plástico en los que se introducía una esfera metálica. Altubo se le daba una forma curva (tipo media luna) y de esta forma en función de lainclinación la bola se situaba en un punto u otro, así que para saber la situación de la bolase utilizaban sensores del tipo interruptor ópticos (apartado 2.17.2), y para realizar unapasobajo mecánico y evitar posibles rebotes se rellenaba el tubo de líquido; de esta formala bola se desplazaba de forma más lenta y no se realizaban rebotes.

El módulo no se desarrolló por no considerarse prioritario para el funcionamiento dela plataforma y sobretodo por la dificultad de implementar unos sensores adecuados;también se penso en utilizar sensores basados en cápsulas de mercurio, ya que existen anivel industrial (esto abarata los costes).

2.16.1.6 Control de consumo de motores

El principal uso de este módulo es detectar cuando un motor consume más de lonormal, de forma que podemos por un lado proteger el módulo que le suministra lapotencia y por otro detectar anomalías por si se ha quedado alguna rueda bloqueada.

2.16.1.7 Torreta para sensores de ultrasonidos (con giro controlado)

Este módulo es muy práctico para implementar un par emisor-receptor deultrasonidos en una torreta capaz de girar sobre un eje y que se pueda situar en un ángulorequerido; de esta forma se pueden realizar mediciones más exactas de objetos (basados enel efecto sónar), localizar objetos (por el sistema de triangulación) y, una gran variedad detrabajos más.

2.16.1.8 Módulo de Memoria

En este módulo se habilitarían las memorias para poder almacenar información; estasmemórias podrían liberar al actual módulo de control central de algunas funciones, oincluso podrían almacenar diferentes controladores, o interrupciones programables, etc..

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2.16.2 Ampliación de los módulos actuales

Tal y como se ha ido mencionando a lo largo de esta memoria existen módulos conunas grandes opciones de ampliación.

2.16.2.1 Módulo de detección de obstáculos (ultrasonidos)

En este módulo a nivel teórico se han dejado indicadas diversas líneas decontinuación, tales como realizar el cálculo de distancias, localizar objetos y situarlos en elespacio (2 dimensiones), aunque también se puede mejor el procesamiento de la señalanalógica, ya que únicamente se amplifica y se convierte a una señal digital, sin tener encuenta el nivel de señal detectado ni el desfase de la misma, se puede mejorar eseprocesamiento de señal y establecer los patrones de porqué actua de esa forma.

Se hace conveniente dotar al módulo de un generador de señal que alimente a lafrecuencia de trabajo tanto al emisor como al receptor de ultrasonidos; de esta forma semejora el rendimiento global del módulo. En caso de existir más de un módulo de este tipo,para no duplicar circuitos se puede implementar el oscilador en el Módulo de ControlCentral.

2.16.2.2 Módulo de encoder

Este módulo está pendiente de implementar de forma física (labor artesanal), losencoders sobre la plataforma, de esta forma estará operativo totalmente, aunque se puedemejorar el módulo implementando un dispositivo programable en el propio módulo quealberge el controlador, ya que como se describe en el proyecto encargado del desarrollo delsoftware [20] es inviable introducir todo el codigo encargado del posicionamiento angularde la plataforma en el módulo de control central.

2.16.2.3 Plataforma

Es conveniente realizar una mejora global de toda la plataforma, de forma que quedeun vehículo funcional y robusto, capaz de soportar pruebas fuera de un banco de trabajo.

2.16.2.4 Módulo de Transmisión

Se puede realizar el montaje físico de este módulo que se ha descrito teóricamentepara conseguir una comunicación con la plataforma sin tener que recurrir al contacto físico.

2.16.3 Posibles Aplicaciones del Proyecto

Durante la memoria se han apuntado diferentes aplicaciones para este proyecto,algunas de esas aplicaciones serían el darle continuidad a las ampliaciones propuestas conotros Proyectos Final de Carrera que partieran de todo lo conseguido en este proyecto.

Otras aplicaciones serían utilizar los diferentes módulos como base de prácticas endiversas asignaturas, y esto se hace viable según lo desarrollado en el presupuesto(Apartado 3)

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2.17 Ensayos Realizados

Se describen las pruebas realizadas en el Taller para la posterior utilización de loselementos como:

2.17.1 Ultrasonidos

2.17.1.1 Definición de Ultrasonidos

Los ultrasonidos son una radiación mecánica de frecuencia superior a la audible(unos 20Khz). Toda radiación, al incidir sobre un objeto, en parte se refleja, en parte setransmite y en parte es absorbida. Si, además, hay un movimiento relativo entre la fuentede radiación y el reflector, se produce un cambio en la frecuencia de la radiación (efectoDoppler).

2.17.1.2 Aplicaciones y Características.

Las aplicaciones de los ultrasonidos a la medida de magnitudes físicas estánnormalmente relacionadas con su velocidad. Su tiempo de propagación y en algunos casoscon la atenuación o interrupción del haz propagado. Una de las aplicaciones másextendidas son los caudalímetros ultrasónicos, en particular los basados en el efectoDoppler. En las aplicaciones basadas en el tiempo de propagación, se mide el tiempo quetarda en recibirse el eco debido a un objeto presente en el camino de propagación de laradiación, normalmente en forma de pulso estrecho. El objeto puede ser líquido, sólido,granular o polvo, y con cualesquiera propiedades eléctricas y ópticas. La única restricciónes que el objeto y el médio en que se propaguen los ultrasonidos deben tener unaimpedancia acústica muy diferente, para que así la mayor parte de la radiación se refleje enla interfaz. Puede emplearse un único transductor actuando alternativamente como emisor(emite un pulso) y receptor (detecta el eco), o dos transductores, uno como emisor y el otrocomo receptor. En este último caso, si emisor y receptor se dispone uno frente a otro , esposible detectar la presencia de un objeto por la mera interrupción de la radiación emitida.Esta disposición se emplea, por ejemplo para contar piezas y alarmas contra intrusos.

En todas las aplicaciones basadas en eco o en interrupción de la radiación, si se deseatener un gran alcance y reducir las interferencias acústicas (ruido) es importante que el hazemitido sea estrecho. El ruido es menor a alta frecuencia, pero la atenuación de la radiacióntambién aumenta con la frecuencia. Algunos materiales porosos devuelven ecos débiles abajas frecuencias. Si el tamaño del objeto es menor que la longitud de onda, el eco estambién débil. Para objetos pequeños interesa, pues, trabajar a alta frecuencia. Si latemperatura ambiente no es constante, hay que compensar la variación de la velocidad dela propagación, pues a menor temperatura mayor será el tiempo hasta la recepción del eco,aunque el objeto permanezca a la misma distancia.

La reflexión de ultrasonidos en el interfase aire-líquido o aire-grano se emplea paramedir el nivel de líquidos en un depósito o granos en silos. La impedancia acústica deambos medios es tan distinta que la mayor parte de la energía propagada en uno de ellos sereflejará al llegar a la superficie de separación. Si se dispone de un detector junto al emisor,

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la medida del tiempo que tarde en recibirse el eco después de emitido un pulso estádirectamente relacionada con el nivel del depósito.

Los detectores de proximidad basados en ultrasonidos emplean emisiones pulsadasque se propagan en un haz cónico estrecho y se reflejan hacia el receptor.Se emplean paradistancia de 0,25 a 13 m. Siendo susceptibles al ruido acústico y al viento. Dado que paraevitar la atenuación excesiva en aire hay que trabajar a menos de 1 MHz, la resolución yexactitud es menor que en detectóres ópticos. Pero por el contrario son más compactos,robustos, fiables y baratos. Se emplean para enfoque automático en camaras fotográficas yde vídeo, para evitar colisiones entre vehículos guiados automáticamente y para medirdistancias y grosor en robots. Hay circuitos integrados (LM1812,Tl851,Tl852) queincluyen varias funciones electrónicas necesarias.

2.17.1.3 Dispositivos Seleccionados (características)

Los dispositivos que hemos seleccionado para realizar todos los ensayos han sido dela casa MURATA y son los siguientes :

Emisor: MA40B8SReceptor: MA40B8R

CARACTERÍSTICAS MA40B8S MA40B8R

Construcción Estructura abierta Estructura abierta

Tipo Emisor Receptor

Frecuencia de Trabajo 40 KHz. 40 KHz.

Sensivilidad(Ver Ilustración 60 )

-63dBtyp.(0dB=10V/Pa)

S.P.L.(Ver Ilustración 61)

120 dB typ.(0dB=0.02mPa)

Direccionabilidad 50º 50º

Cap. 2000pF 2000pF

Min. Temp. Trabajo -30ºC -30ºC

Máx. Temp Trabajo 85ºC 85ºC

Min distancia detectable 0.2 m 0.2 m

Máx. Distancia detectable 6 m 6 m

Resolución 9 mm 9 mm

Max. Tensión entrada 40 Vp-p (VDC)

Tabla 12 Características Sensores Ultrasonidos

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Se muestra una imagen del dispositivo físico.

Ilustración 57 Sensor de Ultrasonidos

Como características destacables que ayudan a comprender la forma de trabajo de lossensores se muestran las Ilustración 58 e Ilustración 59 correspondientes a la sensibilidaden función de la direccionabilidad de cada uno de los componentes (Emisor - Receptor)

Ilustración 58 Sensibilidad - Direccionabilidad Receptor de Ultrasonidos (MA40B8R)

Ilustración 59 Sensibilidad - Direccionabilidad Emisor de Ultrasonidos (MA40B8S)

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Otra de las características que es interesante de comparar entre el emisor y elreceptor es el punto de trabajo en función de la Frecuencia.

Ilustración 60 Sensibilidad (MA40B8R)

Ilustración 61 S.P.L. (MA40B8S)

Ilustración 62 Dimensiones de los sensores

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2.17.1.4 Dispositivo Emisor (generador de 40 KHz)

Para poder generar la señal de 40 Khz necesaria para el correcto funcionamiento delpar emisor-recptor se han tenido en cuenta diferentes opciones como utiliza A.O. o elC.I.555, siendo esta la opción más adecuada por sencillez y facilidad de utilización, ya quecon los A.O. (mas típicos) se han tenido dificultades para generar señales de 40 KHz. Parapoder entender mejor el funcionamiento del 555 se muestra el esquema interno del mismoen la Ilustración 63.

2 Disparo

1 GND

5 KΩ

-

+

5 KΩ

6 Umbral

5 Control

8 +Vcc

-

+

5 KΩ

4 Reestablecer

R -Q 3 Salida

S Q

7 Descarga

Ilustración 63 Esquema interno del 555

Aplicando los cálculos correspondientes para el cálculo del circuito completo (astablesimétrico) se obtiene:

CRf

44.1= Cálculo de la frecuencia ( 23 )

nFRKhz

C 2240

44.1== Cálculo del Condensador ( 24 )

)1(11636.140

44.1Ω+Ω=Ω== KPotK

CKHzR Cálculo de la Resistencia ( 25 )

C

R

6

12

5

555

GND

3Salida

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Vcc

Ilustración 64 Circuito básico de Astable simétrico

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2.17.1.5 Dispositivo Receptor (señal recibida)

Una vez generada la señal correcta se procede a realizar pruebas con el receptor parasaber que tipo de señal nos genera, en este caso se realiza un montaje tipo barrera, deforma que el emisor y el receptor siempre están enfretados unos con otro, y se obtiene enbornas del receptor una señal senoidal de 5mVpp cuando el receptor no recibe nada, y esaseñal va aumentado hasta un máximo de 80mVpp. Realizando una gran cantidad de pruebasse puede comprobar que manteniendo el mismo tipo de objeto, pero que variando ladistancia y la inclinación del mismo, el desfase entre la señal emitida y la recibida vavariando, al igual que la amplitud de la señal en el receptor, dando lugar a infinidad devariaciones posibles. Muchos tipos de objeto en función de la distancia, la posición y eltamaño del objeto pueden producir el mismo tipo de señal en el receptor.

En función de todos los condicionantes para distinguir el tipo de objeto y demás sedecide comenzar a trabajar de forma simple, es decir, simplemente tratamos de localizarcuando se ha detectado un objeto, por este motivo se simplifica el procesamiento de laseñal a realizar una amplificación de la señal para detectar objetos (con 1 detecta con 0 nodetecta).

2.17.1.6 Amplificación de señal

Para realizar la amplificación de la señal se recurre al Transistor BC547, por sureducido coste económico y por estandarizar el mismo en el diseño de circuitos. Serealizan diferentes pruebas empíricas sobre un circuito maestro de forma que, se sutituyenlas resistencias que definen el punto de trabajo de los transistores por potenciometros, deesta forma se consigue averiguar los valores mas idóneos para los componentes de lasetapas de potencia y, en la segunda etapa se apuesta por un potenciometro multivuelta parala definición del punto de trabajo, de forma que se puede regular la sensibilidad de la etapaamplificadora y de esta forma, regular la distancia detectable por los sensores. Dado que seha decidido trabajar de forma digital lo que se persigue es llevar los transistores de corte asaturación y, conseguir tener un “1” o un “o” lógico a la salida de la 2ª etapa.Posteriormente esta señal se acondiciona a niveles lógicos estables, pero el circuitoamplificador definido en función de todos los ensayos es el siguiente:

Ilustración 65 Esquema de las 2 etapas amplificadoras en el receptor de Ultrasonidos

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2.17.1.7 Problemas e inconvenientes

Una vez que se montan los 3 pares de sensores se comprueba que existen diferentesproblemas para poder ajustar el sistema y, uno de ellos es que al situar los sensores enparalelo al suelo, existe un rebote de la señal generada en el suelo y que es detectada porlos receptores, de forma que si se reduce la sensibilidad para no detectar el suelo,reducimos el campo de acción de los sensores. Otra solución es poner un elemento queabsorba parte de la señal que se genera hacia el suelo, de esta forma se puede mantener unadistancia de detección bastante aceptable, y una solución también aceptable es realizar unatrompeta en cada emisor de forma que sea una emisión de señal más directiva, de estaforma perdemos campo de acción (en grados), pero ganamos en distancia de detección.

Otro de los problemas es la interferencia que producen un par de sensores con losotros, ya que pueden detectar la señal de otros emisores; esta situación es un problema a lahora de realizar un procesamiento de la señal como si fueran finales de carrera, pero sinembargo si realizamos un procesamiento más completo de forma que controlamos elemisor que queremos que emita, en cada caso podemos discernir la dirección del objeto.Pero sobretodo si aplicamos la capacidad de triangular la señal y de medir distancias, loque conseguimos es un procesamiento bastante completo de la señal con un resultado desituación espacial del objeto, tanto en ángulo como en distancia (ver apartado 2.9.4.2 )

2.17.1.8 Efecto Doppler.

Si el objeto a localizar se desplaza a una velocidad V (véase Ilustración 66)

Ilustración 66. Esquema de detección

la longitud de onda de la señal reflejada RX difiere de la emitida TX (efectoDoppler). Las ecuaciones que describen este fenómeno físico pueden resumirse como:

( )tx

rx

kk C

C V= ⋅

+ (objeto acercándose) ( 26 )

( )tx

rx

kk C

C V= ⋅

− (objeto alejándose) ( 27 )

97

Para dichas expresiones se resume: k = longitud de onda, C = velocidad del sonido,V = velocidad del objeto. Se puede expresar la velocidad del objeto V en términos defrecuencia f:

1rx

tx

fV C

f

= ⋅ −

(objeto acercándose) ( 28 )

1 rx

tx

fV C

f

= ⋅ −

(objeto alejándose) ( 29 )

Los dispositivos que realizarán los cálculos son más adecuados para la medida dediferencias de tiempos que no la de frecuencias. Por ello es preferible expresar lasecuaciones anteriores en función del periodo T:

1tx

rx

TV C

T

= ⋅ −


1 tx

rx

TV C

T

= ⋅ −

(objeto alejándose) ( 31 )

La resolución de las ecuaciones se reduce a la medida de los tiempos TTX y TRX.Para la frecuencia de transmisión, 40 kHz, el periodo del pulso equivale a 25 µs. Partiendode la frecuencia mínima anterior establecida para el dispositivo de 1MHz se obtiene unaresolución de 1 µs. Con estas condiciones la resolución en los cálculos para un ejemplo enel cual, un objeto se acerca a la unidad se determina como:

25344 1 14.33

24m

sV = ⋅ − =


Dicha resolución se muestra como demasiado burda. Puede incrementarse o bienaumentando la frecuencia de la base de tiempos (frecuencia establecida para eldispositivo), o bien realizando los cálculos cada cierto período (envio de un frente de ondasen lugar de una sola). Si se realizan los cálculos anteriores tras haber enviado un frente de100 ciclos se obtiene una resolución mucho mayor:

2500344 1 0.14

2499m

sV = ⋅ − =


98

2.17.2 Interruptor óptico

2.17.2.1 Principios y Funcionamiento

La definición que realizamos de un interruptor óptico es aquel dispositivo capaz dedetectar objetos y asignar un estado a la detección del mismo, mediante sistemas basadosen la luz y que no es necesario realizar un contacto físico.

En el caso que utilizamos nosotros se trata de un detector del tipo barrera, en el quese enfrentan un emisor (diodo), y un receptor (fototransistor) de infrarojos, y que cuando seinterpone un objeto en el camino de ambos el transistor pasa de saturación a corte.

2.17.2.2 Aplicaciones y características

Las principales aplicaciones de estos dispositivos son para el posicionamiento deobjetos con un determinado movimiento (tapas de fotocopiadoras o portátiles), o parasistemas de contaje en cadenas de producción. Debido a las características propias delfuncionamiento de los fototransistores, hay que tener en cuenta que las variaciones deiluminación en la zona de trabajo modifica el punto de trabajo, pudiendo disminuir deforma notable el cambio de corte a saturación, y dependiendo de si el objeto que seinterponga en el interruptor es opaco, o traslúcido funciona de una forma u otra.

2.17.2.3 Circuitería

Para poder trabajar con este tipo de sensor se necesita adecuar la señal a lasnecesidades de resto del prototipo. En primer lugar se amplifica la señal a través de unbloque amplificador LM324, se puede observar el circuito desarrollado en la Ilustración67. Para poder ajustar el nivel de detección se ha incluido un potenciometro (Pot 1); de estaforma se puede compensar la variación en el punto de trabajo sufrido en función de lascondiciones de iluminación externas. Una vez amplificada la señal se normaliza a nivelesTTL por medio del C.I.74LS14, y de esta forma ya tenemos una señal acondicionada anuestras necesidades.

Ilustración 67 Circuito del Interruptor óptico

99

Dado que el tipo de aplicación de este circuito puede ser muy variada en funcióndel sensado que se quiera realizar, y que siempre se ha de realizar un ajuste de la partemecánica de los elementos, se ha dotado a la circuitería de un diodo Led que nos permitirásaber en que momento detecta el sensor; de esta forma se facilita la labor de ajustes previosa la puesta en marcha. Este indicador luminoso se puede inhabilitar una vez que ya se harealizado el ajuste (Selector S1 El sensor utilizado es el dispositivo óptico TCST100012 dela casa TEMIC, [9].

Ilustración 68. Dispositivo Detector Óptico.

2.17.2.4 Utilidades dentro del prototipo

Una vez que disponemos de un sensor óptico se han desarrollado diferentesposibilidades de aplicación en función de los módulos implementados.

En el módulo de dirección se han incluido 3 posibles detectores ópticos para realizarel posicionamiento del eje de dirección de la plataforma, la utilización de los mismospuede ser muy variada según lo descrito en el apartado 2.6. El módulo del Encoder utiliza4 sensores para poder realizar el posicionado de 2 Encoders, tal y como se refleja en elpunto 2.7, una posible ampliación de sus aplicación fue el estudio que se inició del módulode detección de inclinación (ver 2.16.1.5 )

Las precauciones que hay que tener a la hora de su utilización es el limitado espacióque tenemos para poder situar un elemento barrera en el interrupto óptico y otro es laprecaución de no superar la máxima frecuencia de utilización (sobretodo en los encoders),cosa que es bastante dificil por el tipo de aplicación, en el caso de los encoders se hadescrito en el apartado 2.7 como poder realizar un procesamiento en caso de error, (no sedetecta correctamente)

2.18 Desarrollo del Software

Hay que realizar una especial mención a todo el proceso (conjunto a este proyecto)de desarrollo del software que interviene en todos los controladores de cada módulo y, enel programa de aplicación donde se procesa toda la información de los diferentes módulos.Toda esta información detallada se puede consultar en el PFC “Sistemas módulares bajoVHDL” del Ingeniero Luis Carlos Baglietto [20]. Por estar descrito en ese PFC no seincluye en esta memoria.

12 Véase la documentación adjunta del dispositivo.

100

3 Presupuesto

101

3.1 Presupuesto del Prototipo Generado (Hardware).

3.1.1 Módulos Utilizados.

3.1.1.1 Módulo MS1/TR (Tracción).

3.1.1.1.1 Cuadro de Precios

3.1.1.1.1.1 Material Utilizado.

Nº DESCRIPCIÓN Precio

1 CI 74LS37 0,40 € Cuarenta céntimos de euro

2 Condensador Poliester 100 nF 100V 0,15 € Quince céntimos euro

3 Condensador Poliester 22 nF 100V 0,09 € Nueve céntimos de euro

4 Conector 2 Pins (Tornillos) 0,34 € Treinta y cuatro céntimos de euro

5 Conector macho PCB-10 cable paralelo 0,25 € Veinticinco céntimos de euro

6 Optoacoplador MCT2 0,42 € Cuarenta y dos céntimos de euro

7 Resistencia de película de carbón 100 kΩ5% 1/4 W

0,02 € Dos céntimos de euro

8 Resistencia de película de carbón 2k7 Ω5% 1/4 W


9 Resistencia de película de carbón 470 Ω5% 1/4 W 0,02 € Dos céntimos de euro

10 Transistor NPN BDX34C 0,27 € Veintisiete céntimos de euro

11 Transistor PNP BDX33C 0,27 € Veintisiete céntimos de euro

12 zócalo de CI de 6 Pins 0,04 € Cuatro céntimos de euro

13 zócalo de CI de 14 Pins 0,08 € Ocho céntimos de euro

14 Placa de Circuito Impreso (fibra devidrio) 3,00 € Tres euros

3.1.1.1.1.2 Diseño Técnico.


1 Mano de Obra (Diseño Técnico) 18,00 € Dieciocho euros

102

3.1.1.1.1.3 Fabricación y Montaje


1 Mano de Obra (Fabricación y Montaje) 12,00 € Doce euros

3.1.1.1.2 Aplicación de precios.


Nº DESCRIPCIÓN Cantidad Unidad Precio Total

1 CI 74LS37 1 Pz 0,40 € 0,40 €

2 Condensador Poliester 100 nF 100V 1 Pz 0,15 € 0,15 €


4 Conector 2 Pins (Tornillos) 2 Pz 0,34 € 0,68 €

5 Conector macho PCB-10 cable paralelo 1 Pz 0,25 € 0,25 €

6 Optoacoplador MCT2 2 Pz 0,42 € 0,84 €

7 Resistencia de película de carbón 100 kΩ5% 1/4 W 2 Pz 0,02 € 0,04 €


2 Pz 0,02 € 0,04 €

9 Resistencia de película de carbón 470 Ω5% 1/4 W

4 Pz 0,02 € 0,08 €

10 Transistor NPN BDX34C 2 Pz 0,27 € 0,54 €

11 Transistor PNP BDX33C 2 Pz 0,27 € 0,54 €

12 zócalo de CI de 6 Pins 2 Pz 0,04 € 0,08 €


14 Placa de Circuito Impreso (fibra devidrio) 1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 6,90 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Tracción (MS1/TR)asciende a la cantidad de SEIS Euros con NOVENTA Céntimos.

103



1 Mano de Obra (Diseño Técnico) 20 Hr 18,00 € 360,00 €

TOTAL 360,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Tracción(MS1/TR) asciende a la cantidad de TRESCIENTOS SESENTA Euros.

3.1.1.1.2.3 Fabricación y Montaje.


1 Mano de Obra (Fabricación y Montaje) 5 Hr 12,00 € 60,00 €

TOTAL 60,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y montaje) del módulo deTracción (MS1/TR) asciende a la cantidad de SESENTA Euros.

3.1.1.1.3 Resumen del presupuesto del Módulo MS_TR1 (Tracción)

Material 6,90 €

Diseño Técnico 360,00 €

Fabricación y montaje 60,00 €

Presupuesto de Ejecución Material 426,90 €

Gastos Generales (13%) 55,50 €

Total 482,40 €

Margen Comercial (18 %) 86,83 €

Total de Venta 569,23 €

I.V.A. (16 %) 91,08 €

TOTAL 660,31 €

El presupuesto del prototipo del módulo de Tracción (MS1/TR) asciende a la cantidad deSEISCIENTOS SESENTA Euros con TREINTA Y UN céntimos

104

3.1.1.2 Módulo MB1/TR (Dirección).




1 C.I. LM324M 0,43 € Cuarenta y tres céntimos de euro




5 Condensador Poliester 22 nF 100V 0,09 € Nueve céntimos de euro

6 Conector 2 Pins (Tornillos) 0,34 € Treinta y cuatro céntimos de euro

7 Conector macho PCB-10 cable paralelo 0,25 € Veinticinco céntimos de euro

8 Conector PCB (3) (conmutador) 0,02 € Dos céntimos de euro

9 Diodo 1N4007 0,04 € Cuatro céntimos de euro

10 Diodo Led Bajo consumo Rojo 0,04 € Cuatro céntimos de euro

11 Optoacoplador MCT2 0,42 € Cuarenta y dos céntimos de euro

12Potenciometro multivuelta vertical 100kΩ 10% 0,31 € Treinta y un céntimos de euro



14 Resistencia de película de carbón 1 MΩ5% 1/4 W


15 Resistencia de película de carbón 10 kΩ5% 1/4 W 0,02 € Dos céntimos de euro


17 Resistencia de película de carbón 2k2 Ω5% 1/4 W 0,02 € Dos céntimos de euro




21 Transistor BC547 0,10 € Diez céntimos de euro

105


22 Transistor NPN BDX34C 0,27 € Veintisiete céntimos de euro

23 Transistor PNP BDX33C 0,27 € Veintisiete céntimos de euro

24 zócalo de CI de 6 Pins 0,04 € Cuatro céntimos de euro








3.1.1.2.1.3 Fabricación y montaje.



106

3.1.1.2.2 Aplicación de Precios



1 C.I. LM324M 1 Pz 0,43 € 0,43 €

2 CI 74LS14 1 Pz 0,40 € 0,40 €

3 CI 74LS37 1 Pz 0,40 € 0,40 €




7 Conector macho PCB-10 cable paralelo 1 Pz 0,25 € 0,25 €

8 Conector PCB (3) (conmutador) 3 Pz 0,02 € 0,06 €

9 Diodo 1N4007 3 Pz 0,04 € 0,12 €

10 Diodo Led Bajo consumo Rojo 3 Pz 0,04 € 0,12 €

11 Optoacoplador MCT2 2 Pz 0,42 € 0,84 €

12 Potenciometro multivuelta vertical 100kΩ 10%

3 Pz 0,31 € 0,93 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


9 Pz 0,02 € 0,18 €


2 Pz 0,02 € 0,04 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


2 Pz 0,02 € 0,04 €


4 Pz 0,02 € 0,08 €


2 Pz 0,02 € 0,04 €

19 Transistor BC547 6 Pz 0,10 € 0,60 €

20 Transistor NPN BDX34C 2 Pz 0,27 € 0,54 €

107


21 Transistor PNP BDX33C 2 Pz 0,27 € 0,54 €



24 Placa de Circuito Impreso (fibra devidrio)

1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 10,27 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Dirección (MB1/DR)asciende a la cantidad de DIEZ Euros con VENTISIETE céntimos.




TOTAL 324,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Dirección(MB1/DR) asciende a la cantidad de TRESCIENTOS VENTICUATRO Euros.



1 Mano de Obra (Fabricación y Montaje) 5.5 Hr 12,00 € 66,00 €

TOTAL 66,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del módulo deDirección (MB1/DR) asciende a la cantidad de SESENTA Y SEIS Euros.

108

3.1.1.2.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DR (Dirección).

Material 10,27 €





Total 452,31 €



I.V.A. (16 %) 85,40 €

TOTAL 619,12 €

El presupuesto final del módulo de Tracción (MB1/DR) asciende a la cantidad deSEISCIENTOS DIECINUEVE Euros con DOCE céntimos.

109

3.1.1.3 Módulo ME1/EN (Encoder).




1 C.I. LM324M 0,43 € Cuarenta y tres céntimos de euro



4 Conector macho 10 PINS cable paralelo 0,25 € Veinticinco céntimos de euro

5 Conector PCB (3) (conmutador) 0,02 € Dos céntimos de euro

6 Diodo 1N4007 0,04 € Cuatro céntimos de euro


8 Potenciometro multivuelta vertical 100kW 10% 0,31 € Treinta y un céntimos de euro


10 Resistencia de película de carbón 1 MΩ5% 1/4 W 0,02 € Dos céntimos de euro










110

3.1.1.3.1.3 Fabricación y Montaje..






1 C.I. LM324M 1 Pz 0,43 € 0,43 €

2 CI 74LS14 1 Pz 0,40 € 0,40 €


4 Conector macho 10 PINS cable paralelo 1 Pz 0,25 € 0,25 €

5 Conector PCB (3) (conmutador) 4 Pz 0,02 € 0,08 €

6 Diodo 1N4007 4 Pz 0,04 € 0,16 €


8 Potenciometro multivuelta vertical 100kW 10%

4 Pz 0,31 € 1,24 €


4 Pz 0,02 € 0,08 €


4 Pz 0,02 € 0,08 €


12 Pz 0,02 € 0,24 €


8 Pz 0,02 € 0,16 €


4 Pz 0,02 € 0,08 €

14 Transistor BC547 8 Pz 0,10 € 0,80 €



1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 7,47 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Encoder (ME1/EN)asciende a la cantidad de SIETE Euros con CUARENTA Y SIETE Céntimos.

111




TOTAL 270,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Encoder(ME1/EN) asciende a la cantidad de DOSCIENTOS SETENTA Euros.




TOTAL 60,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del módulo de Encoder(ME1/EN) asciende a la cantidad de SESENTA Euros.

3.1.1.3.3 Resumen del Presupuesto del Módulo ME1_EN (Encoder).

Material 7,47 €





Total 381,34 €



I.V.A. (16 %) 72,00 €

TOTAL 521,98 €

El presupuesto final del módulo de Encoder (ME1/EN) asciende a la cantidad deQUINIENTOS VEINTIUN Euros con NOVENTA Y OCHO Céntimos.

112

3.1.1.4 Módulo MB1/DO (Detector de Ultrasonidos).

3.1.1.4.1 Cuadro de Precios (Emisor)





3 Condensador Electrolítico 10 uF 63V 0,18 € Dieciocho céntimos de euro




7 Jumper 0,02 € Dos céntimos de euro












113

3.1.1.4.2 Aplicación de Precios (Emisor)



1 CI 74LS08 1 Pz 0,40 € 0,40 €

2 CI 74LS37 1 Pz 0,40 € 0,40 €

3 Condensador Electrolítico 10 uF 63V 3 Pz 0,18 € 0,54 €




7 Jumper 3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


9 Pz 0,02 € 0,18 €

10 Transistor BC547 6 Pz 0,10 € 0,60 €



1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 6,07 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Ultrasonidos (Emisor- MB1/DO) asciende a la cantidad de SEIS Euros con SIETE Céntimos.




TOTAL 432,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Ultrasonidos(Emisor - MB1/DO) asciende a la cantidad de CUATROCIENTOS TREINTA Y DOSEuros.

114



1 Mano de Obra (Fabricación y Montaje) 4,5 Hr 12,00 € 54,00 €

TOTAL 54,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del módulo deUltrasonidos (Emisor - MB1/DO) asciende a la cantidad de CINCUENTA Y CUATROEuros.

3.1.1.4.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DO (Ultrasonidos - Emisor).

Material 6,07 €



Presupuesto de Ejecución Material (EMISOR) 492,07 €


Total 556,04 €



I.V.A. (16 %) 104,98 €

TOTAL 761,11 €

El presupuesto final de Ejecución material del módulo de Ultrasonidos (Emisor -MB1/DO) asciende a la cantidad de SETECIENTOS SESENTA Y UN Euros con ONCECéntimos.

115

3.1.1.4.4 Cuadro de Precios (Receptor)












10Potenciometro multivuelta vertical 500kΩ 10%

0,31 € Treinta y un céntimos de euro








116

3.1.1.4.5 Aplicación de Precios (Receptor)




3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €


3 Pz 0,02 € 0,06 €



9 Transistor BC547 6 Pz 0,10 € 0,60 €

10 Potenciometro multivuelta vertical 500kΩ 10%

3 Pz 0,31 € 0,93 €


3 Pz 3,00 € 9,00 €

TOTAL 11,79 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Detección de Objetos(MB1/DO), apartado dedicado a la Recepción de Ultrasonidos (3 Placas idénticas)asciende a la cantidad de ONCE Euros con SETENTA Y NUEVE Céntimos..




TOTAL 270,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Detección deObjetos (MB1/DO), Apartado dedicado a la Recepción de Ultrasonidos asciende a lacantidad de DOSCIENTOS SETENTA Euros.

117




TOTAL 72,00 €

El presupuesto de ejecución material (fabricación y Montaje) del módulo deDetección de Objetos (MB1/DO), apartado dedicado a la Recepción de Ultrasonidosasciende a la cantidad de SETENTA Y DOS Euros.

3.1.1.4.6 Resumen del Presupuesto del Módulo MB1_DO (Ultrasonidos - Receptor).

Material 11,79 €



Presupuesto de Ejecución Material (RECEPTOR, 3 Placas) 353,79 €


Total 399,78 €



I.V.A. (16 %) 75,48 €

TOTAL 547,22 €

El presupuesto final de Ejecución material del módulo de Detección de Obstáculos(MB1/DO – Receptor) asciende a la cantidad de QUINIENTOS CUARENTA Y SIETEEuros con VENTIDOS Céntimos.

118

3.1.1.5 Módulo MS1/VI (Visualización).




1 CI 74LS04 0,43 € Cuarenta y tres céntimos de euro








9 Visualizador 7 Segmentos 0,25 € Veinticinco céntimos de euro









119




1 CI 74LS04 1 Pz 0,43 € 0,43 €

2 CI 74LS08 1 Pz 0,40 € 0,40 €

3 CI 74LS48 1 Pz 0,40 € 0,40 €




15 Pz 0,02 € 0,30 €


11 Pz 0,02 € 0,22 €

8 Transistor BC547 13 Pz 0,10 € 1,30 €

9 Visualizador 7 Segmentos 4 Pz 0,25 € 1,00 €



1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 7,99 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Visualización(MS1/VI) asciende a la cantidad de SIETE Euros con NOVENTA Y NUEVE Céntimos.




TOTAL 360,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de Visualización(MS1/VI) asciende a la cantidad de TRESCIENTOS SESENTA Euros.

120




TOTAL 66,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del módulo deVisualización (MS1/VI) asciende a la cantidad de SESENTA Y SEIS Euros.

3.1.1.5.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MS1_VI (Visualización).

Material 7,99 €





Total 490,41 €



I.V.A. (16 %) 92,59 €

TOTAL 671,27 €

El presupuesto final del módulo de Detección de Obstáculos (MB1/DO) asciende a lacantidad de SEISCIENTOS SETENTA Y UN Euros con VENTISIETE Céntimos.

121

3.1.1.6 Módulo MB8/CC (Control Central).




1 C.I. LM7805 0,43 € Cuarenta y tres céntimos de euro

2 Circuito Oscilador 10 MHz 0,60 € Sesenta céntimos de euro

3 Condensador Electrolítico 470 uF 63V 0,15 € Quince céntimos de euro

4 Condensador Electrolítico 22 uF 63V 0,09 € Nueve céntimos de euro

5 Condensador Poliester 100 nF 100V 0,05 € Cinco céntimos de euro

6 Condensador Poliester 22 pF 100V 0,05 € Cinco céntimos de euro

7 Conector 2 Pins (Tornillos) 0,34 € Treinta y cuatro céntimos deeuro


9 Pulsador PCB 0,30 € Treinta céntimos de euro


11 Placa de Circuito Impreso (fibra devidrio) 3,00 € 3 euros







122




1 C.I. LM7805 1 Pz 0,43 € 0,43 €

2 Circuito Oscilador 10 MHz 1 Pz 0,60 € 0,60 €




6 Condensador Poliester 22 pF 100V 2 Pz 0,05 € 0,10 €



9 Pulsador PCB 1 Pz 0,30 € 0,30 €

10 Resistencia de película de carbón 10 kW5% 1/4 W

2 Pz 0,02 € 0,04 €


1 Pz 3,00 € 3,00 €

TOTAL 7,15 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del módulo de Control central(MB8/CC) asciende a la cantidad de SIETE Euros con QUINCE Céntimos.




TOTAL 234,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del módulo de ControlCentral (MB8/CC) asciende a la cantidad de DOSCIENTOS TREINTA Y CUATROEuros.

123




TOTAL 66,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del módulo de ControlCentral (M8B/CC) asciende a la cantidad de SESENTA Y SEIS Euros.

3.1.1.6.3 Resumen del Presupuesto del Módulo MB8_CC (Visualización).

Material 7,15 €





Total 340,30 €



I.V.A. (16 %) 64,25 €

TOTAL 465,80 €

El presupuesto final del módulo de Control Central (MB8/CC) asciende a la cantidadde CUATROCIENTOS SESENTA Y CINCO Euros con OCHENTA Céntimos

124

3.1.1.7 Resumen Global de los Módulos.

3.1.1.7.1 Material


1 Material TRACCIÓN MS1/TR 1 Cj 6,90 € 6,90 €

2 Material DIRECCIÓN MB1/DR 1 Cj 10,27 € 10,27 €

3 Material ENCODER ME1/EN 1 Cj 7,47 € 7,47 €

5 Material EMISOR ULTRASONIDOSMB2/DO 1 Cj 6,07 € 6,07 €

6 Material RECEPTORULTRASONIDOS MB2/DO 1 Cj 11,79 € 11,79 €

7 Material VISUALIZACIÓN MS1/VI 1 Cj 7,99 € 7,99 €

9 Material CONTROL MB8/CC 1 Cj 7,15 € 7,15 €

TOTAL 57,64 €

El presupuesto global de los módulos en función del material asciende a la cantidadde CINCUENTA Y SIETE Euros con SESENTA Y CUATRO Céntimos

3.1.1.7.2 Diseño Técnico.


1 Diseño Técnico TRACCIÓN MS1/TR 20 Hr 18,00 € 360,00 €

2 Diseño Técnico DIRECCIÓN MB1/DR 18 Hr 18,00 € 324,00 €

3 Diseño Técnico ENCODER ME1/EN 15 Hr 18,00 € 270,00 €

5 Diseño Técnico EMISORULTRASONIDOS MB2/DO 24 Hr 18,00 € 432,00 €

6 Diseño Técnico RECEPTORULTRASONIDOS MB2/DO 15 Hr 18,00 € 270,00 €

7 Diseño Técnico VISUALIZACIÓNMS1/VI 20 Hr 18,00 € 360,00 €

9 Diseño Técnico CONTROL MB8/CC 13 Hr 18,00 € 234,00 €

Total 125 Hr. TOTAL 2.250,00 €

El presupuesto global de los módulos en función del diseño Técnico asciende a lacantidad de DOS MIL DOSCIENTOS CINCUENTA Euros.

125

3.1.1.7.3 Fabricación y Montaje.


1 Fab y Montaje TRACCIÓN MS1/TR 5 Hr 12,00 € 60,00 €

2 Fab y Montaje DIRECCIÓN MB1/DR 5,5 Hr 12,00 € 66,00 €

3 Fab y Montaje ENCODER ME1/EN 5 Hr 12,00 € 60,00 €

5 Fab y Montaje EMISORULTRASONIDOS MB2/DO 4,5 Hr 12,00 € 54,00 €

6 Fab y Montaje RECEPTORULTRASONIDOS MB2/DO 6 Hr 12,00 € 72,00 €

7 Fab y Montaje VISUALIZACIÓNMS1/VI 5,5 Hr 12,00 € 66,00 €

9 Fab y Montaje CONTROL MB8/CC 5 Hr 12,00 € 60,00 €

Total 36,5 Hr. TOTAL 438,00 €

El presupuesto global de los módulos en función de la Fabricación y el montajeasciende a la cantidad de CUATROCIENTOS TREINTA Y OCHO Euros.

3.1.1.7.4 Resumen Global del Presupuesto de los Módulos.

Material 57,64 €

Diseño Técnico 2.250,00 €


Presupuesto de Ejecución Material (EMISOR) 2.745,64 €


Total 3.540,57 €


Total de Venta 4.177,88 €

I.V.A. (16 %) 668,46 €

TOTAL 4.846,34 €

El presupuesto final del módulo de Control Central (MB8/CC) asciende a la cantidadde CUATRO MIL OCHOCIENTOS CUARENTA Y SEIS Euros con TREINTA YCUATRO Céntimos

126

3.1.2 Accesorios Necesarios.

3.1.2.1 Cuadro de Precios

3.1.2.1.1 Material Utilizado.


1 Sensores Ópticos (TCST1000) 0,25 € Veinticinco céntimos de euro

2 Cables de Comunicación (BUS-10) 1,00 € Un euro

3 Emisor de Ultrasonidos MS40B8S 0,80 € Ochenta céntimos de euro

4 Receptor de Ultrasonidos MS40B8R 0,80 € Ochenta céntimos de euro

5 Plataforma (Vehículo) 26,00 € Veintiséis euros

6 Encoders (Material de construcción) 5,0 € Cinco euros







127

3.1.2.2 Aplicación de Precios



1 Sensores Ópticos (TCST1000) 6 Pz 0,25 € 1,50 €

2 Cables de Comunicación (BUS-10) 8 Pz 1,00 € 8,00 €

3 Emisor de Ultrasonidos MS40B8S 3 Pz 0,80 € 2,40 €

4 Receptor de Ultrasonidos MS40B8R 3 Pz 0,80 € 2,40 €

5 Plataforma (Vehículo) 1 Pz 26,00 € 26,00 €

6 Encoders (Material de construcción) 2 Pz 5,00 € 10,00 €

TOTAL 50,30 €

El presupuesto de ejecución material (Material) de los accesorios necesariosasciende a la cantidad de CINCUENTA euros con TREINTA Céntimos.




TOTAL 90,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) de los accesorios necesariosasciende a la cantidad de NOVENTA Euros.




TOTAL 78,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) de los accesoriosnecesarios asciende a la cantidad de SETENTA Y OCHO Euros.

128

3.1.2.2.4 Resumen del Presupuesto de los Accesorios.

Material 50,30 €





Total 246,68 €



I.V.A. (16 %) 46,57 €

TOTAL 337,65 €

El presupuesto final de los accesorios asciende a la cantidad de TRESCIENTOSTREINTA Y SIETE Euros con SESENTA Y CINCO Céntimos

129

3.1.3 Pruebas Realizadas.




1 Plataforma original 26,00 € Veintiséis euros

2 Nueva plataforma 35,00 € Treinta y cinco euros

3 Pruebas Realizadas 50,00 € Cincuenta euros










1 Plataforma original 2 Pz 26,00 € 52,00 €

2 Nueva plataforma 1 Pz 35,00 € 35,00 €

3 Pruebas Realizadas 1 Cj. 50,00 € 50,00 €

TOTAL 137,00 €

El presupuesto de ejecución material (Material) de los accesorios necesariosasciende a la cantidad de CIENTO TREINTA Y SIETE euros .

130



1 Mano de Obra (Diseño Técnico) 250 Hr 18,00 € 4.500,00 €

TOTAL 4.500,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) de las diferentes pruebasrealizadas asciende a la cantidad de CUATRO MIL QUINIENTOS Euros.




TOTAL 120,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) de las pruebasrealizadas asciende a la cantidad de CIENTO VEINTE Euros.

3.1.3.2.4 Resumen del Presupuesto de los Accesorios.

Material 137,00 €





Total 5375,41 €



I.V.A. (16 %) 1014,88 €

TOTAL 7357,86 €

El presupuesto final de los accesorios asciende a la cantidad de SIETE MILTRESCIENTOS CINCUENTA Y SIETE Euros con OCHENTA Y SEIS Céntimos

131

3.1.4 Material de Amortización.




1 Estación de Programación (PC) 1.300,00 € Mil Trescientos euros

2 Osciloscopio 1.432,00 € Mil Cuatrocientos Treinta ydos euros

3 Fuente de Alimentación 300,00 € Trescientos euros

4 Generador de Señal 300,00 € Trescientos euros

5 Material Auxiliar 80,00 € Ochenta euros



1 Mano de Obra (Diseño Técnico, Estudio-necesidades) 18,00 € Dieciocho euros



1 Mano de Obra (Instalación) 12,00 € Doce euros

132




1 Estación de Programación (PC) 1 Pz 1.300,00 € 1.300,00 €

2 Osciloscopio 1 Pz 1.432,00 € 1.432,00 €

3 Fuente de Alimentación 2 Pz 300,00 € 600,00 €

4 Generador de Señal 1 Pz 300,00 € 300,00 €

5 Material Auxiliar 1 Cj. 80,00 € 80,00 €

TOTAL 3.712,00 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del material de amortizaciónasciende a la cantidad de TRES MIL SETECIENTOS DOCE euros.



1 Mano de Obra (Diseño Técnico, Estudio-necesidades)

5 Hr 18,00 € 90,00 €

TOTAL 90,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del material de amortizaciónasciende a la cantidad de NOVENTA Euros.



1 Mano de Obra (Instalación) 3 Hr 18,00 € 36,00 €

TOTAL 36,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del material deamortización asciende a la cantidad de TREINTA Y SEIS Euros.

133

3.1.4.2.4 Resumen del Presupuesto del material de Amortización.

Material 3.712,00 €





Total 4.372,94 €



I.V.A. (16 %) 825,61 €

TOTAL 5.985,68 €

El presupuesto final del material de amoritzación asciende a la cantidad de CINCOMIL NOVECIENTOS OCHENTA Y CINCO Euros con SESENTA Y OCHO Céntimos

134

3.1.5 Resumen Presupuesto del Prototipo (Hardware).

3.1.5.1 Presupuesto de Ejecución Material (Material)

MÓDULO PRECIO

Material MÓDULOS 57,64 €

Material ACCESORIOS 50,30 €

Material PRUEBAS 137,00 €

Material PARA AMORTIZAR 3.712,00 €

TOTAL 3.956,94 €

El presupuesto de ejecución material (Material) del prototipo (hardware) asciende ala cantidad de TRES MIL NOVECIENTOS CINCUENTA Y SEIS Euros con NOVENTAY CUATRO Céntimos.

3.1.5.2 Presupuesto de Ejecución Material (Diseño Técnico)

MÓDULO PRECIO

Diseño Técnico MÓDULOS 2.250,00 €

Diseño Técnico ACCESORIOS 90,00 €

Diseño Técnico PRUEBAS 4.500,00 €

Diseño Técnico PARA AMORTIZAR 90,00 €

TOTAL 6.930,00 €

El presupuesto de ejecución material (Diseño Técnico) del prototipo (hardware)asciende a la cantidad de SEIS MIL NOVECIENTOS TREINTA Euros.

135

3.1.5.3 Presupuesto de Ejecución Material (Fabricación y Montaje)

MÓDULO PRECIO

Fab y Montaje MÓDULOS 438,00 €

Fab y Montaje ACCESORIOS 78,00 €

Fab y Montaje PRUEBAS 120,00 €

Fab y Montaje PARA AMORTIZAR 36,00 €

TOTAL 672,00 €

El presupuesto de ejecución material (Fabricación y Montaje) del prototipo(hardware) asciende a la cantidad de SEISCIENTOS SETENTA Y DOS Euros.

3.1.5.4 Resumen del Presupuesto de Ejecución Material.

Material 3.956,94 €

Diseño Técnico 6.930,00 €



Gastos Generales (13%) 1.502,66 €

Total 13.733,60 €

Margen Comercial (18 %) 2.472,05 €


I.V.A. (16 %) 2.592,90 €

TOTAL 18.798,55 €

El Presupuesto final del prototipo (Hardware) asciende a la cantidad de DIECIOCHO MILSETECIENTOS NOVENTA Y OCHO Euros con CINCUENTA Y CINCO Céntimos.

136

3.2 Presupuesto de Puesta en Fabricación.

3.2.1 Descripción de Condicionantes.

Los importes obtenidos dependen de la cantidad de unidades a fabricar y seencuentran condicionados por:

3.2.1.1 Compra de Materiales

Es posible la negociación de los precios de material cuando el volumen de compra eselevado. Se han aplicado los siguientes ejemplos de reducción sobre el precio original:

UNIDADES Descuento

De 1 a 99 11 %

De 100 a 999 26 %

De 1.000 a 9.999 42 %

De 10.000 a (...) 65 %

Tabla 13: Resumen de Descuentos

3.2.1.2 Coste de Fabricación.

El coste de la fabricación en cadena de montaje varía en función de las unidades, yaque la amortización de la línea depende de las unidades que se fabriquen.

UNIDADES COSTE UNITARIO EN €

De 1 a 99 250 €

De 100 a 999 100 €

De 1.000 a 9.999 24 €

De 10.000 a (...) 12 €

Tabla 14 Resumen Coste de Fabricación

137

3.2.2 Ejemplo de Unidades de Fabricación.

Incluyen los costes incluidos en el desarrollo hardware de los módulos. Dichoscálculos quedan excluidos del contenido de este documento. Para profundizar en su cálculodebe consultarse la siguiente referencia: “Proyecto Final de Carrera: Sistemas modularesbajo VHDL, Luis Carlos Baglietto Boronat, 2003, URV.” [20].

3.2.2.1 Presupuesto de Desarrollo de 50.000 Unidades:

DESCRIPCIÓN IMPORTE

Material de los Módulos 57,64 €

Accesorios de la plataforma 50,3 €

SUBTOTAL 107,94 €

Factor de corrección por Dto. del 65 % al importe

Coste Real por unidad de Fabricación (65 % de 107,94 €) 48,57 €

Coste Total de Fabricación (Material) (48,57 € * 50.000 unid) 2.428.650,00 €

Coste de Fabricación de las unidades (línea de fabricación)

50.000 Unidades * 12 € la unidad 600.000,00 €

Prototipo Hardware 13.733,60 €

Prototipo Software [20] 13.398,41 €

TOTAL DEL COSTE 3.055.782,01 €

COSTE DE FABRICACIÓN POR UNIDAD DEPRODUCCIÓN

(3.055.782,01 € / 50.000 Unidades) 61,12 €

Presupuesto de Ejecución material 61,12 €


Total 69,06 €



I.V.A. (16 %) 13,04 €

TOTAL 94,53 €

El importe de venta por unidad asciende a a la cantidad de NOVENTA Y CUATROEuros CON CINCUENTA Y TRES Céntimos.

138

3.2.2.2 Presupuesto de Desarrollo de 5.000 Unidades:




SUBTOTAL 107,94 €

Factor de corrección por Dto. del 42 % al importe

Coste Real por unidad de Fabricación (42 % de 107.94 €) 62,61 €

Coste Total de Fabricación (Material) (62,61 € * 5.000 unid) 313.026,00 €


5.000 Unidades * 24 € la unidad 120.000,00 €



TOTAL DEL COSTE 460.158,01 €


(460.158,01 € / 5.000 Unidades) 92,03 €



Total 104,00 €



I.V.A. (16 %) 19,63 €

TOTAL 142,35 €

El importe de venta por unidad asciende a la cantidad de CIENTO CUARENTA YDOS Euros CON TREINTA Y CINCO Céntimos.

139

3.2.2.3 Presupuesto de Desarrollo de 500 Unidades:




SUBTOTAL 107,94 €

Factor de corrección por Dto. De 26 % al importe

Coste Real por unidad de Fabricación (26 % de 107.94 €) 79,88 €

Coste Total de Fabricación (Material) (79,88€ * 500 unid) 39.937,80 €


500 Unidades * 100 € la unidad 50.000,00 €





(117.069,81 € / 500 Unidades) 234,14 €



Total 264,58 €



I.V.A. (16 %) 49,95 €

TOTAL 362,15 €

El importe de venta por unidad asciende a a la cantidad de TRESCIENTOSSESENTA Y DOS Euros CON QUINCE Céntimos.

140

3.2.2.4 Presupuesto de Desarrollo de 50 Unidades:




SUBTOTAL 107,94 €

Factor de corrección por Dto. De 11 % al importe

Coste Real por unidad de Fabricación (11 % de 107,94 €) 96,07 €

Coste Total de Fabricación (Material) (96,07€ * 50 unid) 4.803,33 €


50 Unidades * 250 € la unidad 12.500,00 €





(44.435,34 € / 50 Unidades) 888,71 €



Total 1004,24 €



I.V.A. (16 %) 189,60 €

TOTAL 1374,60 €

El importe de venta por unidad asciende a la cantidad de MIL TRESCIENTOSSETENTA Y CUATRO Euros CON SESENTA Céntimos.

141

3.3 Presupuesto de Desarrollo de Puestos de Trabajo.

El Presupuesto de aplicación del presente proyecto como equipo de experimentaciónen los laboratorios de la Universidad viene condicionado por la selección de: bien unaunidad completa por puesto de trabajo, bien un Módulo de Control Central con una serie deMódulos mínimos para experimentar con su programación. Debe considerarse que el costeañadido de mano de obra para el desarrollo es nulo, por disponer la Universidad depersonal pertinente para el desarrollo de los mismos bajo condicionante de PFC. Debido aesto el peso del coste de producción recae en el desarrollo hardware del diseño.

3.3.1 Puesto Completo (Plataforma Completa):

Nº Descripción Material Puesto de Trabajo Cantidad Unidad Precio Total

1 Material MÓDULOS 1 Cj 57,64 € 57,64 €

2 Material ACCESORIOS 1 Cj 50,30 € 50,30 €

3 Material PRUEBAS 1 Cj 0,00 € 0,00 €

4 Material de AMORTIZACIÓN 1 Cj 0,00 € 0,00 €

TOTAL 109,79 €

El coste de creación de un puesto de trabajo completo es de CIENTO NUEVE Euroscon SETENTA Y NUEVE Céntimos.

3.3.2 Puesto Médio (Control, Tracción, Dirección y Detección):


1 MB8/CC, Control Central 1 Cj 7,15 € 7,15 €

2 MS1/TR, Tracción 1 Cj 6,90 € 6,90 €

3 MB1/DR, Dirección 1 Cj 10,27 € 10,27 €

4 MB1/DR (Unidades Detección Óptica) 3 Pz 0,25 € 0,75 €

5 MB1/DO (Emisor Utrasonidos) 1 Cj 6,07 € 6,07 €

6 MB1/DO (Receptor Ultrasonidos) 1 Cj 11,79 € 11,79 €

7 MB1/DO (Undes. Emisión Ultrasonidos) 3 Pz 0,80 € 2,40 €

8 MB1/DO (Undes. Recepción Ultrasonidos) 3 Pz 0,80 € 2,40 €

9 Cables de Interconexión (Bus) 3 Pz 1,00 € 3,00 €

10 Soporte Mecánico (Coche) 1 Pz 26,00 € 26,00 €

TOTAL 76,73 €

El coste de creación de un puesto de trabajo médio (MB8/CC, MS1/TR, MB1/DR yMB1/DO) es de SETENTA Y SEIS Euros con SETENTA Y TRES Céntimos.

142

3.3.3 Puesto Básico (Un solo Módulo):

En el Caso de que interese poder desarrollar un trabajo de programación con un muy bajocoste se puede utilizar unicamente el módulo de Ultrasonidos, ya que este unico módulopermite una gran posibilidad de configuración y de cretividad de desarrollo, puede ser muyutil como elemento de prácticas para asignaturas donde exista laboratorio de prácticas deprogramación (Como por ejemplo Sistemas Digitales, VLSI, Microcontroladores) hay quetener en cuenta que en este caso no se dispone de unidad central, ya que se aprovecharánlos recursos propios de cada asignatura.


1 MB1/DO (Emisor Utrasonidos) 1 Cj 6,07 € 6,07 €

2 MB1/DO (Receptor Ultrasonidos) 1 Cj 11,79 € 11,79 €

3 MB1/DO (Undes. Emisión Ultrasonidos) 3 Pz 0,80 € 2,40 €

4 MB1/DO (Undes. Recepción Ultrasonidos) 3 Pz 0,80 € 2,40 €

TOTAL 22,66 €

El coste de creación de un puesto de trabajo básico (MB1/DO) es de VENTIDOSEuros con SESENTA Y SEIS Céntimos.

143

4 Planos.

144

Ilustración 69. Módulo de Dirección MB1/DR (esquema eléctrico)

145

Ilustración 70. Diseño de la placa de Dirección MB1/DR (1).

146

Ilustración 71. Diseño de la placa de Dirección MB1/DR (2).

147

Ilustración 72. Vista de componentes de la placa de Dirección MB1/DR.

148

Ilustración 73. Diseño de la placa de soporte del Sensor óptico.

Ilustración 74. Vista de componentes de la placa de soporte del Sensor óptico.

149

Ilustración 75. Módulo de Tracción (MS1-TR) (esquema eléctrico)

150

Ilustración 76. Diseño de la placa de Tracción MS1/TR (1).

Ilustración 77. Diseño de la placa de Tracción MS1/TR (2).

151

Ilustración 78. Vista de componentes de la placa de Tracción MS1/TR.

152

Ilustración 79. Módulo detección de Obstáculos (MB1-DO)

153

Ilustración 80. Diseño de la placa de Detección de Obstáculos MB1/DO (1).

154

Ilustración 81. Diseño de la placa de Detección de Obstáculos MB1/DO (2).

155

Ilustración 82. Vista de componentes de la placa de Detección de ObstáculosMB1/DO.

156

Ilustración 83. Diseño de la placa de los receptores de Ultrasonidos.

157

Ilustración 84. Módulo detección de obstáculos Receptor (esquema eléctrico)

158

Ilustración 85. Módulo de Encoder (ME1_EN) (esquema eléctrico).

159

Ilustración 86. Diseño de la placa de Encoder ME1/EN (1).

160

Ilustración 87. Diseño de la placa de Encoder ME1/EN (2).

161

Ilustración 88. Vista de componentes de la placa de Encoder ME1/EN.

162

Ilustración 89. Módulo de Visualización (MS1_VI) (esquema eléctrico)

163

Ilustración 90. Diseño de la placa de Visualización MS1/VI (1).

Ilustración 91. Diseño de la placa de Visualización MS1/VI (2).

164

Ilustración 92. Vista de componentes de la placa de Visualización MS1/VI.

165

Ilustración 93. Módulo de Transmisión de datos. (MB1_TX) (esquema eléctrico)

166

Ilustración 94: Diseño de la placa de transmisión MB1/TX (1).

Ilustración 95: Diseño de la placa de transmisión MB1/TX (2).

167

Ilustración 96. Módulo de Control Central (MB8_CC) (esquema eléctrico)

168

Ilustración 97. Módulo de Control Central (MB8_CC) (esquema eléctrico)

169

Ilustración 98: Diseño de la placa de control MB8/CC basada en un dispositivoMAX7000 (1).

170

Ilustración 99: Diseño de la placa de control MB8/CC basada en un dispositivoMAX7000 (2).

171

Referencias Bibliográficas:

[1] Institute of Electrical and Electronics Engineers Inc, IEEE Standard VHDL Language ReferenceManual (IEEE Std 1076-1993). 1993.

[2] Perry, Douglas. VHDL (2d edition).[3] Bhasker, J. A VHDL Synthesis Primer.[4] The TTL Data Book for Design Engineers, Second Edition, Texas Instruments, 1976[5] http://www.bsc.nodak.edu/electron [MAX232] 22/12/2002[6] http://www.dalsemi.com [DS275] 22/12/2002[7] http://www.altera.com[8] http://www.hexamite.com [Ultrasonic] 01/06/2003[9] http://www.vishay.com [Optical sensors] 24/3/2002[10] http://www.ktc.co.kr [KCO-10 Series] 15/06/2003[11] Zilog, Inc., Application Note AN007501-0301, “On-Chip Oscillator Design” 1997[12] Motorola Inc., Application Note AN1783, “Determining MCU Oscillator Start-up Parameters” 1998.[13] Intel, Application Note AP-155, “Oscillators for Microcontrolers”, 1983[14] Manual de Protocolo Kermit, Columbia University, 1984.[15] Campbell, Joe. Comunicaciones Serie Guía de referencia del programador en C. Anaya, 1987.[16] Banks, Michael A. The Modem Reference. Brady, New York NY. 1991.[17] Gould Programmable Control Division, Gould Modicon Modbus Protocol Reference Guide (PI-

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URV.

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