proyecto de grado velocimetro henry mayorga

PROYECTO DE GRADO

IMPLEMENTACIN DE UN VELOCMETRO DIGITAL QUE ACTIVE EL

FRENO MOTOR, PARA EL CONTROL DE EXCESO DE VELOCIDAD

CASO: MOTOR TOYOTA 3S-FE

POSTULANTE: Univ. Henry G. Mayorga Zeballos

TUTOR: Ing. Rubn D. Sirpa Espinoza

La Paz, Septiembre, 2012

Universidad de Los AndesLa Paz - Bolivia

Facultad de Ing. AutomotrizCarrera de Ing. Automotriz

Dedicatoria:

A la Memoria de mi querido PadreTiburcio y mi amada Hermanita Patty

A mi abnegada Madre Flora por habermebrindado en todo momento su apoyo paraseguir adelante con mis estudios.

A mi amada esposa Mayjori y mi adoradahija Ivian, dndome su amor y cario eimpulsndome a seguir adelante.

Agradecimientos:

A DIOS, sobre todas las cosas, que me permiti realizar este trabajorodeado de mi familia.

A MI MADRE, quienes siempre me han apoyado en toda mi vidabrindndome su amor y cario.

A MI ESPOSA E HIJA, quienes me dan fuerza, cario y amor para seguiradelante.

A MIS CATECRTICOS, de la Carrera de Ingeniera Automotriz, enespecial al Lic. Luis R. Mrquez G. por apoyarme y ayudarme en todomomento.

A mi tutor Ing. Rubn Sirpa, por dar una palabra de aliento en elmomento adecuado para realizar este trabajo.

A MI COMISIN REVISORA DE TESIS, Ing. Alberto Valdivia e Ing. EdwinYapu por dar un sabio consejo para realizar un buen trabajo por ayudarme arealizar esa intensa bsqueda, a cualquier precio, de la superacin. Graciaspor toda su ayuda.

A MIS AMIGOS, que con cada granito de apoyo me alentaron a seguirtrabajando.

A todas las personas que de alguna manera contribuyeron a terminareste trabajo.

indice de ContenidoCAPITULO I

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIN ....................................................................................................... 11.2. ANTECEDENTES........................................................................................................ 21.3. DESCRIPCION DEL OBJETO DE ESTUDIO .................................................................... 31.4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ............................................................................ 4

1.4.1. Identificacin del problema ................................................................................ 51.4.2. Representacin Grfica del Problema.................................................................. 51.4.3. Pregunta de investigacin................................................................................... 5

1.5. OBJETIVOS............................................................................................................... 61.5.1. Objetivo General ................................................................................................ 61.5.2. Objetivos Especficos .......................................................................................... 6

1.6. JUSTIFICACION ........................................................................................................ 61.6.1. Justificacin Tcnica ........................................................................................... 61.6.2. Justificacin Social .............................................................................................. 71.6.3. Justificacin Econmica ...................................................................................... 7

1.7. METODOLOGA Y TCNICAS DE INVESTIGACIN ....................................................... 71.7.1. Metodologa ....................................................................................................... 7

1.7.1.1. Mtodo de Investigacin Cuantitativo ............................................................ 71.7.2.2. Mtodo de investigacin Cuasi-experimental.................................................. 8

1.7.2. Tcnicas .............................................................................................................. 81.7.2.1. Revisin Documental...................................................................................... 81.7.2.2. Cuestionario Estructurado .............................................................................. 9

1.8. ALCANCES Y APORTES.............................................................................................. 91.8.1. Alcance Espacial ................................................................................................. 91.8.2. Alcance Temporal ............................................................................................... 91.8.3. Alcance Temtico ............................................................................................. 101.8.4. Aportes ............................................................................................................ 10

CAPITULO IIMARCO TERICO

2.1. SENSORES DE VELOCIDAD Y EL TABLERO DECONTROL DEL VEHCULO (VELOCIMETRO) .............................................................. 11

2.1.1. Seales de entrada y salida de los sensores de velocidad................................... 112.1.1.1. Entrada........................................................................................................ 112.1.1.2. Salida........................................................................................................... 12

ii

2.1.1.3. Seales Anlogas.......................................................................................... 132.1.1.4. Seales Digitales .......................................................................................... 13

2.1.2. Tipos de sensores de velocidad ......................................................................... 132.1.2.1 Sensor tipo Reluctancia Magntica o Inductora.............................................. 13

a) Principio de funcionamiento............................................................................... 14b) Simbologa elctrica ........................................................................................... 15

2.1.2.2. Sensor Efecto Hall ........................................................................................ 15a) Estructura .......................................................................................................... 15b) Funcionamiento................................................................................................. 16c) Simbologa elctrica........................................................................................... 17

2.1.3. Instrumentos de seguridad del vehculo (velocmetro) ...................................... 172.1.3.1. Cuadro Porta Instrumento............................................................................ 172.1.3.2. Cuadro de control optoelectrica o Digital ...................................................... 212.1.3.3. Velocmetro ................................................................................................. 22

2.2. ESTRUCTURA Y CLASIFICACINDE LOS PICS, DEACUERDO A LOS REQUERIMIENTOS ESTABLECIDOS................................................ 24

2.2.1. Familia de Microcontroladores de PICs.............................................................. 252.2.1.1. Gama Baja ................................................................................................... 262.2.1.2. Gama Media ................................................................................................ 272.2.1.3. Gama Alta.................................................................................................... 27

2.2.2. Microcontrolador 16F88 ................................................................................... 282.2.2.1. Pines del microcontrolador 16F88................................................................. 282.2.2.2. Circuito de Reloj........................................................................................... 292.2.2.3. Circuito de Reset .......................................................................................... 302.2.2.4. Arquitectura interna del Pic 16F88................................................................ 312.2.2.5. Programas cargadores de PICs ...................................................................... 33

a) Lenguaje de Bajo Nivel o Cdigo Maquina........................................................... 33b) Lenguaje de Alto Nivel........................................................................................ 34c) Programas Cargadores de PICs ............................................................................ 34

2.3. SISTEMA DE FRENO MOTOR DEL VEHCULO............................................................ 352.3.1. Sistema Auxiliar de Freno ................................................................................. 35

2.3.1.1. Freno Motor en el Escape ............................................................................. 352.3.1.2. Funcionamiento del Freno Motor ................................................................. 35

2.3.2. Estructura del sistema del Freno Motor............................................................. 362.3.3. Freno Motor con Mando Neumtica y Mando Electroneumtico ....................... 38

2.3.3.1. Mando Automtico de un Freno con Vlvula Neumtica ............................... 382.3.3.2. Mando Automtico de un Freno con Funcin Electroneumtico .................... 382.3.3.3. Potencia de Freno Motor.............................................................................. 39

iii

CAPITULO III

MARCO PRCTICO

3.1. SIMULACIN DEL CIRCUITO VELOCMETRO DIGITAL ENSOFTWARE ELECTRNICO MS SU ADECUACIN EN HARDWAREPARA SU IMPLEMENTACIN DEL PROTOTIPO EN EL VEHCULO................................ 41

3.1.1. Diagrama de bloques del Proyecto .................................................................... 413.1.2. Descripcin del proyecto y sus componentes..................................................... 433.1.3. Fuente de alimentacin .................................................................................... 433.1.4. Entrada de seal al circuito desde el sensor de velocidad................................... 443.1.5. Modulo LCD y Microcontrolador ....................................................................... 463.1.6. Ajuste de Contraste .......................................................................................... 473.1.7. Actuador .......................................................................................................... 483.1.8. Lista de componentes del circuito ..................................................................... 49

3.2. SIMULACIN DEL CIRCUITO EN SOFTWARE ELECTRNICO YPROGRAMA DEL MICROCONTROLADOR ................................................................. 50

3.2.1. Software de simulacin de programa electrnico .............................................. 503.2.2. Programacin del PIC 16F88.............................................................................. 523.2.3. Calculo para programar el mocrocontrolador del velocmetro

en Km/h........................................................................................................... 55

3.3. PRUEBA Y ADECUACIN DEL PROTOTIPO EN PROTOBOARD.................................... 563.3.1. Elaboracin del circuito en prototipo ................................................................ 563.3.2. Equipos elctricos utilizados para la prueba y funcionamiento

del Velocmetro Digital en laboratorio ............................................................ 56

3.4. ELABORACIN DE LA PLACA Y LA CARCASA MAS SU ADECUACINDEL CIRCUITO DEL PROTOTIPO ............................................................................... 59

3.4.1. Quemado de placa para el circuito..................................................................... 593.4.2. Soldado de los componentes electrnicos en la placa......................................... 59

3.5. IMPLEMENTACION DEL VELOCMETRO DIGITAL AL VEHCULO.................................. 613.5.1. Seal del Sensor de Velocidad............................................................................ 613.5.2. Instalacin del Velocmetro Digital al Vehculo ................................................... 613.5.3. Velocmetro Digital en funcionamiento dentro el vehculo.................................. 633.5.4. Esquema de conexin del velocmetro digital en el sistema

de freno motor ................................................................................................. 64

3.6. ENCUESTA PARA DEFINIR SI HAY O NO ACEPTACIN PARALA IMPLEMENTACIN DE UN SISTEMA DE CONTROL DEVELOCIDAD, SOBRE LA SITUACIN DE ACCIDENTES EN LA CIUDADDE LA PAZ, POR EL EXCESO DE VELOCIDAD.............................................................. 65

3.6.1. Revisin de los datos histricos de accidentes vehiculares en eldepartamento de La Paz .................................................................................... 65

iv

3.6.2. ndices de accidentes por exceso de velocidad. ................................................. 663.6.3. Resumen preliminar de los resultados de Encuesta Estructurada ....................... 67

CAPITULO IV

FACTIBILIDAD ECONMICA Y SOCIAL

4.1. ANLISIS DE COSTOS DEL PROYECTO....................................................................... 774.2. COSTOS DE SOFTWARE Y HARDWARE ..................................................................... 77

4.2.1. Costos de Software............................................................................................ 774.2.1.1. Ecuacin nominales de coste. ....................................................................... 774.2.1.2. Atributos de coste. ....................................................................................... 78

4.2.1.2.1. Atributos del producto............................................................................ 784.2.1.2.2. Atributos del ordenador.......................................................................... 794.2.1.2.3. Atributos del personal............................................................................. 794.2.1.2.4. Atributos del proyecto ............................................................................ 814.2.1.2.5. Coeficiente y Atributos nominales para coste .......................................... 824.2.1.2.6. Calculo de esfuerzo, tiempo y nmero de personas.................................. 83

4.2.2. Costos de Hardware .......................................................................................... 834.2.2.1. Componentes del circuito............................................................................. 834.2.2.2. Equipos de prueba. ...................................................................................... 844.2.2.3. Armado del prototipo................................................................................... 854.2.2.4. Costo total de Hardware (Hw). ..................................................................... 85

4.2.3. Costos Total del Proyecto (CTP).......................................................................... 85

CAPITULO VCONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

5.1. CONCLUSIONES ...................................................................................................... 865.2. RECOMENDACIONES.............................................................................................. 87ANEXOSBIBLIOBRAFIA

vINDICE DE FIGURAS

FIGURA 1.1. Descripcin de objeto de estudio.................................................................. 4FIGURA 1.2. Representacin del problema....................................................................... 5FIGURA 2.1. Procesamiento de datos dentro la PCM ..................................................... 11FIGURA 2.2. Seal de salida de la PCM ........................................................................... 12FIGURA 2.3. Las seales que entran y salen de PCM, digitales y analgicas ..................... 12FIGURA 2.4. Sensor inductor.......................................................................................... 14FIGURA 2.5. Simbologa del Sensor Inductor .................................................................. 15FIGURA 2.6. Sensor de aceleracin de efecto Hall (abierto)............................................. 16FIGURA 2.7. Sensor de aceleracin de efecto Hall (esquema).......................................... 16FIGURA 2.8. Simbologa del Sensor Hall ......................................................................... 17FIGURA 2.9. Cuadro de instrumentos............................................................................. 18FIGURA 2.10. Vista delantera de un cuadro porta instrumentos de un Lancia K .............. 19FIGURA 2.11. Vista posterior de un cuadro porta instrumentos ...................................... 19FIGURA 2.12. Esquema elctrico del conexionado de cuadro de instrumentos ................ 20FIGURA 2.13. Cuadro de control opto electrnico (Lancia) .............................................. 21FIGURA 2.14. Velocmetro ............................................................................................. 22FIGURA 2.15. Esquema del funcionamiento de un velocmetro clsico ............................ 23FIGURA 2.16. Ubicacin del sensor de efecto Hall .......................................................... 23FIGURA 2.17. Microcontroladpres PICs .......................................................................... 25FIGURA 2.18. Descripcin de los Pines - Seales de entrada y salida ............................... 28FIGURA 2.19. Clock RC................................................................................................... 29FIGURA 2.20. Clock a Cristal........................................................................................... 30FIGURA 2.21. Dos circuitos de Reset Manual .................................................................. 31FIGURA 2.22. Arquitectura Von Neumann y Harvard ...................................................... 32FIGURA 2.23. Arquitectura simplificada del PIC 16F88 .................................................... 32FIGURA 2.24. Vlvula en el tubo de escape .................................................................... 36FIGURA 2.25. Ejecucin de los frenos de motor .............................................................. 37FIGURA 2.26. Freno Motor con mando Neumtico ......................................................... 38FIGURA 2.27. Esquema Electroneumtico automtico de un freno sobre el escape ......... 39FIGURA 2.28. Curvas caractersticas de los sistemas de freno del motor.......................... 40FIGURA 3.1. Diagrama de bloque de los sistemas aplicables al proyecto ......................... 41FIGURA 3.2. Diagrama de bloque en funcin al proyecto ................................................ 41FIGURA 3.3. Diagrama de proceso de funcionamiento del freno motor en

el automvil............................................................................................... 42FIGURA 3.4. PIC 16F88................................................................................................... 43FIGURA 3.5. Fuente de alimentacin del circuito ........................................................... 44FIGURA 3.6. Circuito para la entrada de pulsos............................................................... 45FIGURA 3.7. Proceso de datos desde el Microcontrolador a la Pantalla LCD .................... 47FIGURA 3.8. Circuito de contraste para el LCD ................................................................ 47FIGURA 3.9. Circuito del actuador para conectar al sistema de freno motor.................... 48FIGURA 3.10. Esquema del circuito del velocmetro........................................................ 49FIGURA 3.11. Simulador electrnico del circuito con generador de seales

en PROTEUS ISIS........................................................................................ 51

vi

FIGURA 3.12. Diseo de autoruteo para dos caras en PROTEUS ARES............................. 51FIGURA 3.13. Simulador electrnico con visualizacin en 3D PROTEUS ARES................... 52FIGURA 3.14. Programa CCS C Compiler ........................................................................ 53FIGURA 3.15. Vista del circuito armado en prototipo y su pantalla LCD ........................... 56FIGURA 3.16. Conexin del generador de pulsos, osciloscopio y fuente

de alimentacin regulada a 12 voltios....................................................... 57FIGURA 3.17. Conexin compartida del generador de seal y el osciloscopio

en el circuito............................................................................................ 57FIGURA 3.18. Velocmetro con 80 Km/h con seal de activacin del Actuador o rel ....... 58FIGURA 3.19. Velocmetro con 60 Km/h con seal desactivada del Actuador o rel ......... 58FIGURA 3.20. Quemado y perforado de la Placa ............................................................. 59FIGURA 3.21. Circuito soldado en placa y su carcasa....................................................... 60FIGURA 3.22. Circuito armado y conectado listo para su implementacin ....................... 60FIGURA 3.23. Sensor de velocidad y cable de seal......................................................... 61FIGURA 3.24. Instalacin del velocmetro en el vehculo................................................. 62FIGURA 3.25. Velocmetro ya instalado en el vehculo en funcionamiento ...................... 62FIGURA 3.26. Velocmetro con velocidad ms de 80km/h actuador activado................... 63FIGURA 3.27. Velocmetro con velocidad menos de 70km/h actuador desactivado ......... 63FIGURA 3.28. Esquema de conexin del velocmetro y el sistema de freno motor ........... 64FIGURA 3.29. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo

de Trnsito Departamento de La Paz, Perodo (1999 2003)...................... 66FIGURA 3.30. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo

de Transito Departamento de La Paz, Periodo (1999 - 2003) ...................... 67FIGURA 3.31. Pregunta N1 de encuesta a pasajeros ...................................................... 68FIGURA 3.32. Pregunta N2 de encuesta a pasajeros ...................................................... 68FIGURA 3.33. Pregunta N3 de encuesta a pasajeros ...................................................... 69FIGURA 3.34. Pregunta N4 de encuesta a pasajeros ...................................................... 69FIGURA 3.35. Pregunta N5 de encuesta a pasajeros ...................................................... 70FIGURA 3.36. Pregunta N6 de encuesta a pasajeros ...................................................... 70FIGURA 3.37. Pregunta N7 de encuesta a pasajeros ...................................................... 71FIGURA 3.38. Pregunta N8 de encuesta a pasajeros ...................................................... 71FIGURA 3.39. Pregunta N1 de encuesta a conductores.................................................. 72FIGURA 3.40. Pregunta N2 de encuesta a conductores.................................................. 72FIGURA 3.41Pregunta N3 de encuesta a conductores.................................................... 73FIGURA 3.42. Pregunta N4 de encuesta a conductores.................................................. 73FIGURA 3.43. Pregunta N5 de encuesta a conductores.................................................. 74FIGURA 3.44. Pregunta N6 de encuesta a conductores.................................................. 74FIGURA 3.45. Pregunta N7 de encuesta a conductores.................................................. 75FIGURA 3.46. Pregunta N8 de encuesta a conductores.................................................. 75FIGURA 3.47. Pregunta N9 de encuesta a conductores.................................................. 76FIGURA 3.48. Pregunta N10 de encuesta a conductores ................................................ 76

vii

INDICE DE CUADROSCUADRO 2.1. Tipos de familias de microcontroladores ................................................... 24CUADRO 2.2. Clasificacin y nomenclatura de las gamas de microcontroladores PIC. ...... 26CUADRO 3.1. Componentes del circuito ......................................................................... 51CUADRO 3.2. Clases de accidentes identificadas por el Organismo Operativo

de Trnsito Departamento de La Paz, Perodo (1999 2003)..................... 65CUADRO 3.3. Causas de accidentes identificadas por el Organismo Operativo

de Transito Departamento de La Paz, Periodo (1999 - 2003)...................... 66CUADRO 4.1 Coeficiente COCOMO intermedio.............................................................. 78CUADRO 4.2 Atributos COCOMO intermedio............................................................... 82CUADRO 4.3 Lista de componentes del circuito ............................................................ 84CUADRO 4.4 Equipos de prueba y funcionamiento ....................................................... 84CUADRO 4.5 Armado del prototipo .............................................................................. 85

CAPITULO I

GENERALIDADES

Nunca consideres el estudio como una

obligacin, sino como una oportunidad

para penetrar en el bello y maravilloso mundo

del saber.

ALBERT EINSTEIN1879-1955. Judo

1CAPITULO I

GENERALIDADES

1.1. INTRODUCCIN

En el campo de la mecnica automotriz, un tema a destacar es el diseo del elemento

elctrico o componente electrnico para el vehculo.

En la parte del diseo de un vehculo motorizado, el anlisis del elemento elctrico o

electrnico, deber traer beneficios y seguridad al ser humano.

El control e instrumentacin elctrica ha hecho rpidos progresos desde su

introduccin. As, con los primeros instrumentos a comienzos de la dcada de los 70,

como: los velocmetros, odmetros, tacmetros, medidores de motor, computadoras

de corte, control, se mejor la eficiencia y rendimiento del motor y de todos los

sistemas del vehculo.

Actualmente los fabricantes de automviles han introducido, en su sistema de control

e instrumentacin, microcontroladores PICs, denominados circuitos integrados

programables, que emplean varios tipos de despliegues o pantallas electrnicas,

donde los sensores, microprocesadores y procesadores de datos son comunes a todos

los sistemas.

Los conjuntos de instrumentos analgicos y digitales trabajan del mismo modo.

Reciben seales de distintos sensores y cambian estas seales en varios tipos de

informacin, para informar al conductor del estado de los sistemas que se supervisan.

Los velocmetros clsicos, tienen un indicador analgico por aguja y este tipo de

indicador, presenta una medicin con poca precisin y exactitud, as como los errores

que todo instrumento analtico conlleva.

Una alternativa moderna para la aproximacin al verdadero valor del velocmetro,

con alta precisin y exactitud, que elimina casi por completo todos los errores en el

2proceso de medicin del mismo, es un sistema digital con una visualizacin a Display

o pantalla LCD.

En el mercado un sistema de estas caractersticas es escaso y de costos muy

elevados, lo que hace poco accesible a tales sistemas para gran parte de los vehculos

de nuestra urbe.

1.2. ANTECEDENTES

La presente Trabajo de Grado se sustenta en las investigaciones realizadas en el

Departamento Ingeniera Mecnica Universidad de Zaragoza por el Grupo de

Seguridad Vial y Accidentes de Trfico de la Universidad de Zaragoza dirigido por el

Dr. Juan J. Alba Lpez. Este Grupo de Seguridad Vial y Accidentes de Trfico

(SVAT) pertenece al staff de ingenieros del Instituto de Investigacin en Ingeniera

de Aragn de la Universidad de Zaragoza.

El Grupo se constituye con el objetivo especfico de emprender cualquier tipo de

actividad que pueda contribuir a reducir el nmero de vctimas ocasionadas por los

accidentes de trnsito y para alcanzar dicho objetivo, acomete las iniciativas nacidas

en su seno y ofrece su colaboracin a Empresas, Organismos, Asociaciones e

Instituciones con objetivos similares, independientemente de su mbito de actuacin.

Un trabajo relacionado con el actual Proyecto de Grado corresponde a la

investigacin que hace el Grupo Seguridad Vial y Accidentes de Trfico (SVAT)

sobre el Accionamiento del embrague y frenadas de emergencia. Acreencia de que

las frenadas de emergencia se ven favorecidas de forma absoluta por el freno

motor est muy extendida, por lo que existe una creencia bastante generalizada en

el sentido de que no se debe accionar el pedal de embrague mientras se frena.

Para cualquier conductor con unos elementales conocimientos sobre mecnica del

automvil es intuitivo comprender cmo puede contribuir el motor al frenado del

vehculo (freno motor). Sin embargo, comprender cmo el motor, en determinadas

circunstancias de frenado puede ejercer influencia inversa sobre el frenado (tendencia

a acelerar ligeramente al vehculo), ya no es tan intuitivo y, en numerosas ocasiones,

3es difcil explicar este fenmeno. Ms an, este hecho allegado a ser cuestionado por

alumnos con la peculiaridad de ser conductores profesionales suficientemente

experimentados. Esta observacin manej el Grupo SVAT para disear sensores

digitales que alerten y eviten accidentes de trnsito. [(Pag. web)

http://www.fundacioabertis.org/rcs_jor/alba_ycaraben.pdf]

En Bolivia no existen investigaciones al respecto ni en las Universidades Pblicas y

Privadas menos en la industria, que desarrollen tecnologa sobre estos equipos

electrnicos como los velocmetros digitales y que fabriquen stos a costos

razonables de manera que se implementen en los vehculos y puedan detener el

vehculo mediante un sistema de freno motor preservando la vida del pasajero y

volviendo seguro y confiable el transporte pblico.

1.3. DESCRIPCION DEL OBJETO DE ESTUDIO

En el departamento de La Paz, en el tramo La Paz Caranavi La Paz, los accidentes

de trnsito son muy frecuentes, debido a la imprudencia del conductor, en orden de

importancia le sigue, el exceso de velocidad, este segundo es el que menos se

respeta ya que los conductores infringen velocidades superiores a los 80km/h que es

lo permitido por trnsito.

Cuando el conductor excede la velocidad del vehculo pierde el control en su sistema

mecnico, como consecuencia se produce accidentes, lo que toda persona quiere

evitar, para precautelar su integridad.

4FIGURA 1.1. Descripcin de objeto de estudio

FUENTE: Elaboracin propia

1.4. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En las carreteras de Bolivia constantemente se excede la velocidad, provocando

accidentes lo que causa la inseguridad del pasajero en sus viajes y causan frenados

bruscos en el vehculo con alta velocidad, lo cual provoca una friccin desgastando

las pastillas y calentamiento de los frenos que es muy peligroso.

En Bolivia no se aplica un sistema de control electrnico para evitar exceso de

velocidad en los vehculos y evite los accidentes de trnsito. Tampoco existe industria

automotriz, ni industria de autopartes, menos del campo electrnico automotriz que

ofrezcan velocmetros digitales a costos razonables cuya instalacin en el vehculo

permita el control automtico de velocidad del vehculo y as disminuya el ndice de

accidentes por exceso de velocidad.

Las estadsticas de transito establecen que existe exceso de velocidad en vehculos de

transporte pblico en el tramo La Paz - Caranavi - La Paz generando accidentes, es

Fallo o Problema

Efecto Accidente en Carretera

por exceso de velocidad

Velocidad > 80 Km/h Conductor sin capacitacin

(imprudente) Pasajeros sin garanta de

proteccin de su vida

Vehculo sin control en susistema mecnico automotriz

Horizonte

Composicin

Estructura

Objeto de estudioVehculo con exceso de velocidad

5Vehculo conExceso deVelocidad

Desgaste de pastillas

Calentamiento dedisco de freno

No Existe un sistema automticode control de velocidad

necesario desarrollar un sistema que evite el exceso de velocidad de los vehculos

para evitar accidente.

Una tarea importante en este trabajo, es justamente preservar la vida humana,

utilizando tecnologa en beneficio de las personas, pero fundamentalmente

desarrollando innovaciones tecnolgicas. En ese sentido el presente trabajo de

investigacin pretende implementar un velocmetro digital, aprovechando circuitos ya

existentes, que a su vez este active el sistema del freno motor a una determinada

velocidad.

1.4.1. Identificacin del Problema

Exceso de velocidad en vehculos de transporte pblico en el tramo La Paz-

Caranavi-La Paz.

1.4.2. Representacin Grfica del Problema

FIGURA 1.2. Representacin del problema

FUENTE: Elaboracin propia

1.4.3. Pregunta de Investigacin

Cmo controlar el exceso de velocidad en vehculos de transporte pblico en

viaje interprovincial para evitar accidentes?

Accidentes

Inseguridaddel pasajero

61.5. OBJETIVOS

1.5.1. Objetivo GeneralImplementar un velocmetro digital, que active el freno motor para el control de

exceso de velocidad de vehculos de transporte pblico en viaje interprovincial

para evitar accidentes de trnsito.

1.5.2. Objetivos EspecficosLos objetivos especficos sern los siguientes:

Analizar los sensores de velocidad y tablero de control del vehculo

(velocmetro), para relacionar el funcionamiento del prototipo

Describir la estructura y clasificacin de los Pics, de acuerdo a los

requerimientos establecidos, para el desarrollo del prototipo velocmetro

digital.

Evaluar el sistema de freno motor del vehculo, para analizar como

automatizar el frenado por medio del prototipo

Desarrollar la simulacin del circuito velocmetro digital en software

electrnico ms su adecuacin en hardware para su implementacin del

prototipo en el vehculo.

Realizar encuesta para definir si hay aceptacin para el desarrollo de un

sistema de control de velocidad, sobre las estadsticas de accidentes en la

ciudad de La Paz, por el exceso de velocidad.

1.6. JUSTIFICACIN

1.6.1. Justificacin TcnicaEn nuestro pas no existe industria automotriz, ni industria de autopartes, menos

del campo electrnico automotriz que ofrezcan velocmetros digitales cuya

instalacin active el sistema del freno motor para que se pueda evitar excesos de

velocidad y tambin accidentes.

7Este proyecto del velocmetro Digital es una innovacin tcnica en nuestro pas y

en la actualidad ningn transporte pblico en ciudad de La Paz lo tiene para la

seguridad del pasajero.

1.6.2. Justificacin Social

Una de las tareas importantes en ingeniera, es justamente preservar la vida

humana, es decir evitar accidentes, lo que mejora la vida de las personas en la

sociedad. Y con este proyecto se pretende realizar un sistema de control de

velocidad lo que podr precautelar y garantizar la proteccin de la vida de los

pasajeros cuando realizan viajes en carretera.

1.6.3. Justificacin Econmica

El presente proyecto se lo realizara con elementos accesibles en el mercado

hacindolo econmico para su elaboracin a costos razonables que comprando uno

de este tipo en el mercado internacional a costos elevados.

1.7. METODOLOGA Y TCNICAS DE INVESTIGACIN

1.7.1. Metodologa.

Un mtodo es una serie de pasos sucesivos, conducen a una meta. El objetivo del

profesionista es llegar a tomar las decisiones y una teora que permita generalizar y

resolver de la misma forma problemas semejantes en el futuro. Por ende es

necesario que siga el mtodo ms apropiado a su problema, lo que equivale a decir

que debe seguir el camino que lo conduzca a su objetivo. [Satz Tol, 2010: 3].

En relacin con esto ltimo, Taylor y Bogdan (1992) sealan que lo que define la

metodologa es simultneamente tanto la manera cmo enfocamos los problemas,

como la forma en que le buscamos las respuestas a los mismos. [Sandoval

Casilimas, 2002: 27].

1.7.1.1. Mtodo de Investigacin CuantitativoSe har uso de los mtodo de investigacin cuantitativo porque se utilizar el

cuestionario con enfoque cuantitativo con un listado de preguntas cerradas que

8contienen categoras o alternativas de respuestas; las mismas, son debidamente

delimitadas en concordancia con el problema, las cuales respondern los

conductores como tambin los pasajeros que realizan viajes en el tramo La Paz

- Caranavi - La Paz.

1.7.1.2. Mtodo de Investigacin Cuasi-experimental

Por medio de este tipo de investigacin cuasi-experimental podemos

aproximarnos a los resultados de una investigacin experimental en situaciones

en las que no es posible el control y manipulacin absolutos de las variables.

[TAMAYO Y TAMAYO, 1999: 46]. Este mtodo es utilizado por que se

realizaran pruebas y modificaciones en el prototipo como tambin en el tipo de

instalacin al sistema de freno motor para observar cual es el comportamiento

en el vehculo.

1.7.2. Tcnicas.Las tcnicas que se emplearn en el desarrollo del proyecto son:

1.7.2.1.Revisin Documental

a) Tcnica.El anlisis documental es una tcnica con la que se investigar y revisar

toda la informacin concerniente a freno motor y microcontroladores para

que estos se relaciones para una automatizacin de frenado para el posterior

anlisis de manera terica y simulada para la comparacin con los datos

obtenidos de manera experimental.

b) Instrumento.Bibliogrfica de diferentes libros o artculos como tambin bibliografa

electrnica que son muy tiles para la investigacin de este proyecto.

La utilizacin de software tambin es muy importante para la simulacin

y el armado del prototipo.

91.7.2.2. Cuestionario Estructurado

a) Tcnicas.

En la investigacin se realizara una cuesta estructurada para recoger

informacin confiable de las diferentes personas (conductores y

pasajeros) que realizan viajes en la ruta La Paz Caranavi La Paz.

Este estudio se llevar a cabo para saber si este proyecto de grado

eficaz.

b) Instrumentos.

En la investigacin se utilizar el cuestionario con un listado de

preguntas cerradas que contienen alternativas de respuestas las mismas,

son debidamente delimitadas y en concordancia con el problema.

1.8. ALCANCES Y APORTESCon el presente trabajo de investigacin, circunscrito estrictamente en el mbito de la

Ingeniera Automotriz en intima interrelacin con los beneficios que trae la

tecnologa de vehculos de transporte.

1.8.1. Alcance Espacial

El presente estudio se realizar en el Departamento de La Paz, en los tramos

carreteros La Paz - Caranavi - La Paz; el tema analizado ser el sistema de control

de velocidad en los vehculos de transporte de pasajeros en los tramos

mencionados.

1.8.2. Alcance Temporal

El prototipo del proyecto se realizara en un lapso de tiempo aproximadamente de

seis a siete meses, tiempo en el cual realizaremos las pruebas correspondientes

para un buen funcionamiento del prototipo velocmetro digital.

10

1.8.3. Alcance Temtico

rea de Investigacin: Implementacin de un sistema de circuito electrnico

digital relacionado con la mecnica automotriz.

Tema Especfico: Proyecto de Ingeniera Automotriz orientada a un dispositivo de

control de velocidad

Nivel de Investigacin: Estudio y Diseo Experimental-Descriptivo, con el cual

tenemos el propsito de desarrollar un proyecto orientada a la seguridad para

poder controlar la velocidad del vehculo, para que no exceda velocidades que se

consideran peligrosas.

1.8.4. Aportes

El aporte del presente trabajo es la innovacin tecnolgica en un sistema de

control de velocidad estableciendo un rango elevado de seguridad para las

personas que realizan viajes por carretera.

CAPITULO II

MARCO TERICO

Aprender sin pensar es tiempo perdido; pensar sin

aprender es peligroso.

CONFUCIO552-479 a.C. Filsofo, legislador y estadista chino.

11

CAPITULO II

MARCO TERICO

2.1. SENSORES DE VELOCIDAD Y EL TABLERO DECONTROL DEL VEHCULO (VELOCIMETRO).

2.1.1. Seales de entrada y salida de los sensores de velocidad.

El entendimiento de "seales anlogas y digitales" ayuda a elegir el equipo de

pruebas que resulte ms apropiado para acercarse al problema de la forma ms

efectiva. Como la electrnica lleg para quedarse lo que siempre suceder de

aqu en adelante, sin importar la poca ni marca de autos, es que los circuitos

automotrices siempre usarn dos tipos de seales de entrada y de salida: [BoosterB.; 2-15]

2.1.1.1. EntradaProveen informacin sobre las condiciones de operacin (interruptores,

sensores).

FIGURA 2.1. Procesamiento de datos dentro la PCM (Mdulos de Control del Tren Motriz)

FUENTE: Booster B., Introduccin a Seales Electrnicas del Motor

Las seales anlogas sonconvertidas a seales digitalesantes de que sean procesadas

por la PCM.

Procesamiento deSeales

Tablas deComparacinConvertidor

A a DSensor

Analgico

SensorDigital

PCM

12

2.1.1.2. SalidaCausa que un dispositivo elctrico o electrnico funcione (lmparas, LEDs,

motores, etc.).

FIGURA 2.2. Seal de salida de la PCM


Las seales de entrada y salida pueden ser tanto "digitales" como

"anlogas", dependiendo de cada aplicacin. Las PCM's, (Powertrain

Control Module) o Mdulos de Control del Tren Motriz tpicamente

reciben, procesan y generan seales tanto anlogas como digitales.

FIGURA 2.3. Las seales que entran y salen de un PCM, digitales y analgicas


Luego de procesar las seales de entrada, la PCMenva comandos de salida a varios dispositivos

actuadores.

ConvertidorA a D

ActuadoresSeguros ElctricosCompuertas de AireOtros

IndicadoresCheck EngineAguja de TemperaturaOtros

Bobinas de EncendidoInyectoresVlvulasOtros

Bobinas de EncendidoInyectoresVlvulasOtros

Vol

t

Tiempo Tiempo

Vol

t

Seal Anloga Seal Digital

PCM

ActuadoresSeguros ElctricosCompuertas de AireOtros

IndicadoresCheck EngineAguja de TemperaturaVelocmetro y Otros

Bobinas de Encendido InyectoresVlvulasOtros

SensorAnalgico

SensorDigital

Procesamiento deSeales

Tablas deComparacin

ConvertidorA a D

13

2.1.1.3. Seales Anlogas

Una seal que representa a un voltaje variable constantemente durante todo

el tiempo es una seal anloga.

2.1.1.4. Seales Digitales

Una seal que representa solamente dos niveles de voltaje se conoce como

digital. Una seal digital nicamente tiene dos estados. La seal ON es

continuamente variable. Los dos nicos estados en los que puede existir una

seal digital se puede representar as:

Alto/Bajo

High/Low

ON/OFF

Activado/Desactivado

1/0

En un tpico circuito electrnico automotriz, una seal digital es 0 Volts o 5

volts. Ejemplo. Un interruptor es un dispositivo que genera una seal digital:

Interruptor Abierto = 0 Volts (tambin Low u OFF)

Interruptor Cerrado = 5 Volts (tambin High u ON)

2.1.2. Tipos de sensores de velocidad

El sensor de velocidad informa la velocidad del vehculo, de manera a

proporcional con un mejor control de ralent y el proceso de desaceleracin,

proporcionando un confort ms para el conductor al indicarle el mejor momento

para el cambio de marcha. Los ms utilizados pueden ser del tipo inductor y

hall. [Booster B.; 2-15]

2.1.2.1. Sensor tipo Reluctancia Magntica o Inductora

Se constituye de un cartucho hermtico en cuyo interior se encuentra un

ncleo polar (imn permanente) y un enrollamiento elctrico de cobre

(inductor), conforme puede verificarse a travs de la figura 2.4

14

FIGURA 2.4. Sensor inductor

1. Imn permanente2. Cuerpo del sensor3. Carter del motor4. Espiga polar5. Inductor6. Entrehierro7. Rueda dentada

FUENTE: Zabler E., Los sensores en el vehculo.

Est conectado a la U.C.E. (Unidad de control electrnico) a travs de los

terminales envueltos por un blindaje de cobre recubierto con aluminio y

revestido de polister, o, en modelos ms sencillos por un nico terminal

envuelto en un blindaje de cobre. Este blindaje se ata a algn punto de masa.

Este blindaje tiene la funcin de eliminar la posibilidad de la U.C.E.

interpretar, como seal de rotacin, las seales de interferencia

electromagntica presente en el medio externo, como las generadas por los

cables de la buja y el alternador. [TECNOMOTOR, 2001; 21,29].

a) Principio de Funcionamiento

El principio de funcionamiento es el siguiente: el campo magntico existente

en el imn relaciona tanto el inductor (enrollamiento), como los dientes de la

rueda dentada, hecha en acero de carbono de propiedades magnticas. Cuando

el diente de la rueda dentada est adelante del sensor, el flujo magntico es

mximo, gracias a la propiedad del acero de la rueda dentada. Por otro lado,

cuando delante del sensor se presenta una cavidad, el flujo magntico en

mnima.

Esta variacin de flujo debido al pasaje de los dientes (lleno) y cavidades

(vaco) es suficiente para generar una fuerza electromotriz (f.e.m.) variable

5

1 2 3

4

67

15

(impulsos de intensidad diferentes en cada instante de tiempo) en el

enrollamiento del sensor. La tencin del pico (punto mximo) producida por

este sensor varia de pocos voltios en un bajo nmero de giros, a algunas

decenas de voltios en alto nmero de giros. [TECNOMOTOR, 2001; 21,29]

b) Simbologa elctrica

FIGURA 2.5. Simbologa del Sensor Inductor

FUENTE: TECNOMOTOR, Inyeccin Electrnica.

2.1.2.2. Sensor Efecto Hall

Los vehculos equipados con el sistema antibloqueo ABS, la regulacin de

resbalamiento al acelerar ASR, una atraccin integral o con el programa

electrnico de estabilidad ESP disponen adems de los sensores de velocidad

de giro de las ruedas, de un sensor de aceleracin de efecto Hall para la

medicin de las aceleraciones longitudinales y transversal del vehculo

(referido al sentido de marcha, segn la posicin de montaje).

a) Estructura

El sensor de aceleracin de efecto Hall utiliza un sistema de masa-resorte de

fijacin clsica (figura 2.6 y 2.7).

Est constituido por un resorte en forma de cinta puesta en campo (3), fijado

por uno de sus extremos. En el extremo libre opuesto est colocado un imn

permanente (2) en funcin de masa ssmica. Sobre el imn permanente se

encuentra el verdadero sensor hall (1) con la electrnica de evaluacin.

Debajo del imn hay colocada una placa de amortiguacin (4) de cobre.

Seal

Positivo

Negativo

16

FIGURA 2.6. Sensor de aceleracin de efecto Hall (abierto)

a. Electrnicab. Sistema masa-resorte1. Sensor de efecto Hall2. Imn permanente3. Resorte


FIGURA 2.7. Sensor de aceleracin de efecto Hall (esquema)

1. Sensor de efecto Hall2. Imn permanente3. Resorte4. Placa de amortiguacinIw. Corriente de Foucault

(Amortiguacin)UH. Tencin HallUA .Tencin de alimentacinF. Flujo magnticoa. Aceleracin registrada


b) FuncionamientoAl estar sujeto el sensor a una aceleracin transversal al resorte, la posicin de

reposo del sistema masa-resorte cambia. Su desplazamiento es un parmetro

especfico de la aceleracin. El flujo magntico F ocasionado por el

movimiento del imn genera una tencin Hall UH en el sensor de efecto Hall.

La tencin de salida UA resultante de ello y procedente de la electrnica de

evaluacin aumenta linealmente con la aceleracin. [Zabler E., 2002; 72]

23a

b

1

2 3

4

1

17

c) Simbologa elctricaFIGURA 2.8. Simbologa del Sensor Hall

FUENTE: TECNOMOTOR, Inyeccin Electrnica.

2.1.3. Instrumentos de seguridad del vehculo (velocmetro).

2.1.3.1. Cuadro Porta Instrumentos

El cuadro de instrumentos o cuadro de porta instrumentos est ubicado sobre

el tablero de abordo, en una posicin estudiada con criterio ergonmico que

facilitan la visualizacin e interpretacin de los datos, fatigando lo menos

posible al conductor. [Serrano Minchn E., 2007; 164].

La misin del cuadro de instrumentos es la de facilitar informacin el estado

de operatividad del vehculo: velocidad, nmero de revoluciones del motor,

temperatura nivel de lquido de depsito de combustible, etc.

En los cuadro de instrumentos se integran dos tipos de instrumentos

indicadores;

Relojes, Tales como el velocmetro, cuentarrevoluciones, etc.

Testigos de advertencia, los cuales envan seales de advertencia,

empleando seales pticas del estado de los principales circuitos del

vehculo:

SealPositivo

Negativo

18

Temperatura del motor.

Indicador del freno de estacionamiento.

Circuito de carga.

Luces largas.

Presin de aceite motor, etc.FIGURA 2.9. Cuadro de instrumentos

FUENTE: Zabler E., (2002) Los sensores en el vehculo

Los vehculos modernos incorporan una pantalla o centro de informacin, que bien

puede ir centrada sobre el cuadro de instrumentos o en una consola adyacente al

tablero. Sobre esta pantalla de cristal lquido (LCD) se muestra toda la informacin

de la computadora de a bordo o Check-Control. Las figuras siguientes muestran

respectivamente un cuatro de instrumentos electrnico con relojes indicadores

analgicos. [Serrano Minchn E., 2007; 164].

19

FIGURA 2.10. Vista delantera de un cuadro porta instrumentos de un Lancia K

1. Indicador de temperatura de agua del motor2. Velocmetro electrnico3. Pantalla odmetro LCD4. Indicador de nivel de combustible5. Tacmetro electrnico6. Voltmetro7. Indicador ptico libre8. Precalentado del motor9. Tecla falsa10. Indicador ptico de avera Air Bag11. Indicador ptico de instalacin ASR12. Indicador ptico de avera ABS13. Indicador ptico de nivel de lquido de frenos14. Indicador ptico de freno de estacionamiento15. Indicador ptico de presin de aceite de motor16. Indicador ptico de la batera17. Indicador ptico de cinturn de seguridad

18. Indicador ptico de luces de direccin derecho19. Pantalla ptico para vehculos con cambio

automtico20. Indicador ptico de luces de direccin izquierdo21. Indicador ptico de resumen check22. Indicador ptico de luces de carretera23. Indicador ptico de luces de cruce24. Indicador ptico de luces de posicin25. Indicador ptico de luces de retro niebla26. Indicador ptico de faros antiniebla27. Indicador ptico de luneta trmica28. Indicador ptico de asiento calentado derecho29. Indicador ptico de asiento calentado izquierdo30. Indicador ptico de luces de direccin del

remolque31. Tecla puesta a cero del cuentakilmetros parcial

FUENTE: Serrano Minchn E., Circuitos elctricos auxiliares del vehculo.

FIGURA 2.11. Vista posterior de un cuadro porta instrumentos


A. Conector de 20 pincolor Blanco (paraindicadores pticos)

B. Conector de 20 pincolor negro (cambioautomtico)

C. Conector de 20 pincolor azul oscuro(alojamiento motor)

D. Conector de 20 pincolor negro (serviciosvarios)

20

PR

MD

12

3

B

A

C

D

FIGURA 2.12. Esquema elctrico del conexionado de cuadro de instrumentos.


ASR

21

2.1.3.2. Cuadro de control optoelectrnica o Digital

Son cuadros de control con tecnologa digital, en los cuales las seales pticas

estn generadas por instrumentos de cristal lquido, (ver figura 2.13). [Serrano

Minchn E., 2007; 168].FIGURA 2.13. Cuadro de control opto electrnico (Lancia)


22

Al conectar la llave, el cuadro realiza un auto test de funcionamiento, para la

verificacin visual de usuario. Enciende a la vez todos los segmentos analgicos y

digitales, durante unos tres segundos, y sucesivamente se van apagando los

segmentos y se pasa a la indicacin de las funciones verificadas. [Serrano Minchn

E., 2007; 168].

2.1.3.3. Velocmetro

El velocmetro es dispositivo para medir la velocidad de un vehculo, se encuentra

en el centro del cuadro de instrumentos. Es uno de los indicadores ms importantes

del cuadro, ya que informa al conductor de la velocidad a la que el vehculo se

desplaza. [Serrano Minchn E., 2007; 170].FIGURA 2.14. Velocmetro

FUENTE: Serrano Minchn E., Circuitos elctricosauxiliares del vehculo

Un velocmetro clsico est formado por un imn permanente que gira movido

por el propio giro de arrastre, el cual recibe el movimiento a travs del rbol

flexible procedente de la caja de cambios o el diferencial. Rodeando el imn se

encuentra una especie de campana de aluminio, que puede girar sobre el eje del

instrumento; este giro est limitado por la accin de un muelle en espiral que

tiende a mantenerla en reposo; unida a la campana de aluminio se encuentra la

aguja indicadora. El conjunto se completa con una pieza exterior cilndrica fija de

hierro dulce, que tiene como misin dirigir las lneas de fuerza que giran con el

imn, (figura 2.15).

Al girar el imn gira a su vez la campana de aluminio que al estar unida la aguja

provoca el desplazamiento de la misma, a este desplazamiento se opone la accin

23

de un muelle que trata de situar a la aguja en posicin de reposo. A mayor

velocidad del vehculo, mayor desplazamiento de la aguja.FIGURA 2.15. Esquema del funcionamiento de un velocmetro clsico


En los vehculos actuales el velocmetro dispone de un sensor de velocidad de

efecto Hall, colocado a la salida del cigeal o en la caja de cambios (figura

2.16). [Serrano Minchn E., 2007; 171].

El sensor transmite a la centralita una seal cuya frecuencia vara en funcin de

la velocidad del vehculo. La centralita utiliza esta informacin para accionar el

reloj del tablero de instrumentos que indicara la velocidad en km/h.

El velocmetro lleva incorporado dos cuentakilmetros; uno suma todos los

kilmetros recorridos por el vehculo, y el otro es un cuentakilmetros parcial

que se puede poner a cero siempre que el conductor lo decida.FIGURA 2.16. Ubicacin del sensor de efecto Hall

FUENTE: Serrano Minchn E., Circuitos elctricosauxiliares del vehculo.

Campana de aluminio

rbol de arrastre

Imn permanente

Km/h

Hierro dulceArrastre

24

2.2. ESTRUCTURA Y CLASIFICACIN DE LOS PICS, DEACUERDO A LOS REQUERIMIENTOS ESTABLECIDOS

Un microcontrolador es un dispositivo electrnico encapsulado en un circuito

de alto nivel. Los microcontroladores se pueden adquirir y clasificar de

diferentes fabricantes de microcontroladores (cuadro 2.1)

CUADRO 2.1. Tipos de familia de microcontroladoresEmpresa 8 bits 16 bits 32 bits

Atmel AVR (mega y tiny),89Sxxxxfamilia similar 8051

SAM7 (ARM7TDMI), SAM3(ARM Cortex-M3), SAM9

(ARM926)

Freescale(antes Motorola)

68HC05, 68HC08, 68HC11, HCS0868HC12, 68HCS12, 68HCSX12,

68HC16683xx, PowerPC, ColdFire

Holtek HT8

Intel MCS-48 (familia 8048)MCS51 (familia 8051) 8xC251 MCS96, MXS296 x

NationalSemiconductor

COP8 x x

MicrochipFamilia 10f2xx Familia 12CxxFamilia 12Fxx, 16Cxx y 16Fxx

18Cxx y 18Fxx

PIC24F, PIC24H ydsPIC30FXX,dsPIC33F con

motor dsp integradoPIC32

NXPSemiconductors(antes Philips)

80C51 XACortex-M3, Cortex-M0,

ARM7, ARM9

Renesas (antesHitachi, Mitsubishi

y NEC)78K,H8

H8S,78K0R,R8C,R32C/M32C/M16C

RX,V850,SuperH,SH-Mobile,H8SX

STMicroelectronics ST 62,ST 7

Texas Instruments TMS370, MSP430 C2000, Cortex-M3 (ARM),TMS570 (ARM)

Zilog Z8, Z86E02

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

Dentro de toda esta gama de microcontroladores se destacan dos familias de

microcontroladores: la familia AVR y la familia PIC, cuya popularidad es alta

entre diseadores de sistemas que requieren un rendimiento alto y bajo costo, y

eligen uno u otro ya sea por su nivel de integracin, por su arquitectura, la

disponibilidad de recursos o su lenguaje de programacin, pero la familia PIC

25

cuenta con una completa hoja de datos que puede ser descargada de la pgina

oficial de Microchip: (http://www.microchip.com), al contrario la informacin

que hay sobre Atmel es bien escasa. [UTEC, (2009)]

En funcin de la necesidad del proyecto el desarrollador debe escoger la familia

y la referencia que ms se acerque a su necesidad, por ejemplo el

microcontrolador 12F675 es un PIC de 8 pines, un microcontrolador como el

16F877 cuenta con 40 pines y el 16F88 con 18 pines entre otros. Fcilmente se

pueden apreciar diferencias que permiten crear aplicaciones diferentes entre

estos dos ejemplos.FIGURA 2.17. Microcontrladores de PICs

FUENTE: www.conexinelectronoca.com

2.2.1. Familia de Microcontroladores de PICs

Los microcontroladores PIC se clasifican en cuatro gamas que se diferencian en

un nmero de bits de sus instrucciones. La gama baja posee instrucciones de 12

bits, la gama media de 14 bits y la gama alta y mejorada de 16 bits. Cada una de

las gamas se puede dividir a su vez en varios grupos de microcontroladores que

poseen caractersticas comunes (similar nmero de entrada/salida, tamao de la

memoria de datos y de programa, etc.). [Mandado Prez E., 2007; 48].

En el Cuadro 2.2 se presenta en la clasificacin de los microcontroladores PIC

en gamas. En dicha tabla se indica el nmero de instrucciones de su repertorio y

el nmero de terminales del encapsulado.

26

CUADRO 2.2. Clasificacin y nomenclatura de las gamas de microcontroladores PIC.Gama

(Longitud palabra) ReferenciaNumero de

InstruccionesNumero deTerminales

PIC 12C508, 9 8Baja PIC 12CE518, 9 8

12 bits PIC 16C505 33 -35 14PIC 16C54, 6, 8 18PIC 16C55, 7 28PIC 12C671, 2 8PIC 12CE673, 4 8PIC 12F675 8PIC 12F629 8PIC 16C620, 1, 2 18PIC 16CE623, 4, 5 18PIC 16F627, 8 18PIC 16F84 18PIC 16C710, 1, 2, 5,6 18

Media

PIC 16F818, 9PIC 16F87PIC 16F88 33 - 35

181818

14 bits PIC 16C433 18PIC 16C717 18PIC 16C432 20PIC 16C770, 1PIC 16C642

2028

PIC 16C62, 3, 6 28PIC 16C72, 3, 6 28PIC 16F73, 6 28PIC 16F870, 2, 3, 6 28PIC 16C773 28PIC 16C745 28PIC 16C662 40PIC 16F74, 7 40/44PIC 16C923, 4, 5, 6 60/68

Alta PIC 17C42, 3, 4 40/4416 bits PIC 17C752, 6 58 64/68

PIC 17C762, 6 80/84FUENTE: Mandado Prez E., Microcontroladores PIC: sistema

integrado para el autoaprendizaje

Por otra parte, Microchip tambin clasifica los microcontroladores que producen

segn alguna funcin especfica de sus perifricos.

2.2.1.1. Gama Baja

La gama baja est formada por un conjunto de microcontroladores PIC que

poseen 8, 14, 18 y 28 terminales. Su tensin de alimentacin est comprendida

entre 2 y 6,25 voltios y tiene un consumo energtico reducido, lo que los hace

27

idneos para ser utilizados en aplicaciones en las que se alimentan mediante

bateras.

Tienen un juego de 33 instrucciones por bits. Su recurso hardware es limitado

pero tienen una buena relacin corte/prestaciones. No admiten el acoplamiento

de perifricos por interrupcin y la memoria pila solo dispone de dos posiciones,

por lo que en sus programas no se pueden anidar ms de dos subrutinas.

Poseen adems un modo de estado de funcionamiento de bajo consumo, que se

inicia al ejecutarse la instruccin SLEEP, un circuito de proteccin de lectura del

programa y terminales de entrada/salida capaces de controlar directamente

determinados perifricos. [Mandado Prez E., 2007; 51].

2.2.1.2. Gama Media

La gama media es la ms variada y completa de la familia de microcontroladores

PIC. El nmero de terminales de sus elementos est comprendido entre 8 y 68

terminales, poseen numerosos perifricos internos como por ejemplo

comparadores, convertidores analgicos/digitales, puertos serie y diversos

temporizadores.

Su juego de funciones es compatible con el de la gama baja y est formado por

35 instrucciones de bits. A diferencia de los de la gama baja admiten

interrupciones y poseen una memoria pila de ocho posiciones que permite el

anidamiento de otras tantas subrutinas.

En esta gama se influye el popular microcontrolador PIC16F88, que posee

memoria de programa de tipo FLASH. [Mandado Prez E., 2007; 51].

2.2.1.3. Gama Alta

Los microcontroladores PIC de la gama alta poseen 58 instrucciones de 16 bits y

disponen de un sistema de gestin de interrupciones avanzado. Tambin incluyen

diversos circuitos controladores perifricos, puerto de comunicacin serie y

paralelo, un multiplicador hardware de gran velocidad y tienen una elevada

28

capacidad de memoria que alcanza los 32 Koctetos en la memoria de

instrucciones y los 902 octetos en la de datos.

La caracterstica principal de los elementos de esta gama es una expansibilidad o

capacidad de ampliacin, ya que poseen un nmero de terminales comprendido

entre 40 y 84, a travs de los cuales se conectan al exterior las lneas de los buses

de datos y direcciones, y las seales de control. [ Mandado Prez E., 2007; 52].

2.2.2. Microcontrolador 16F88

2.2.2.1. Pines del microcontrolador 16F88Un microcontrolador como cualquier circuito integrado tiene entradas, salidas y

algunos componentes exteriores necesarios para procesar las seales de entrada y

convertirlas en las seales de salida (figura 2.18). El 16F88 requiere una tensin de

fuente VDD (pin 5) de 5V aplicada con respecto al terminal de masa VSS (pin 14).

Posee dos puertos de salida, el A y el B, cuyos terminales son marcados RA0 al

RA4 y RB0 al RB7. Estos puertos pueden ser programados como de entrada o de

salida. El terminal 4 opera como reset pero tambin cumple funciones de carga de

memoria de programa cuando es excitado con pulsos de 15V. El terminal RA4

(pin 3) tambin tiene funciones como entrada de un temporizador y RBO (pin 6)

cumple tambin funciones como entrada de interrupcin. [Vallejo, H., 2002; 2].FIGURA 2.18. Descripcin de los Pines- Seales de entrada y salida

FUENTE: MICROCHIP Microcontroladores con Tecnologa nano Watt PIC16F87/88

PIC

16F8

8

18

17

16

15

14

13

12

11

10

1

2

3

4

5

6

7

8

9

RA1/AN1

RA0/AN0

RA7/OSC1/CLK1

RA6/OSC2/CLK0

VDD

RB7/AN6/PGD/T1OSI

RB6/AN5/PGC/TOSO/T1CKI

RB5/SS/TX/CK

RB4/SCK/SCL

_

RB3/PGM/CCP1

RB2/SDO/RX/DT

RB1/SDI/SDA

RB0/INT/CCP1

VSS

RA5/MCLR/VPP____

RA2/AN2/CVREF/VREF-

RA3/AN3/VREF+/C1OUT

RA4/AN4/T0CKI/C1OUT

29

Observe primero los bloques externos. Existe un cristal que se conecta en OSC1

(pin 16) y OSC2 (pin 15) para generar el CLOCK del sistema. Luego una seal de

entrada llamada MCLR (pin 4) negada, que es un nombre de fantasa para nuestro

conocido RESET (debido a que este pin tiene un doble uso) y, por ltimo, dos

puertos paralelos de I/O (entrada o salida) llamados puerto A y puerto B. Una de

los pines del puerto A puede ser utilizada como entrada de interrupciones (esta

pata especial hace que el microprocesador deje de realizar la tarea que estaba

ejecutando y pase a realizar otra tarea alternativa; cuando la termina vuelve a su

programa original). [Vallejo, H., 2002; 2].

2.2.2.2. Circuito de Reloj

Los PIC poseen un oscilador configurable por programa de caractersticas muy

amplias. Cuando no se requiere mucha precisin se puede trabajar con un

oscilador a REXT y CEXT conectado segn la figura 2.19. [Vallejo, H., 2002; 5].FIGURA 2.19. Clock RC

FUENTE: MICROCHIP Microcontroladores con Tecnologa nanoWatt PIC16F87/88

Para circuitos que requieran una gran precisin se puede trabajar con un cristal de

frecuencia baja, mediano alta (figura 2.20).Como mximo el PIC16F88 puede

trabajar con un cristal de10MHz. Internamente la frecuencia del cristal se divide

por 4, por lo tanto, es muy comn la utilizacin de un cristal de 4MHz para

obtener un CLOCK interno de 1MHz que garantiza que cada instruccin dure

PIC16F88

VDD

REXT

OSC1 InternalClock

CEXT

VSSOSC2/CLKO

FOSC/4

Valores recomendados: 3kREXT100k CEXT > 20 pF

30

exactamente 1mS. Para temporizadores de perodo largo se utilizan cristales de

baja frecuencia.FIGURA 2.20. Clock a Cristal

FUENTE: MICROCHIP Microcontroladores con Tecnologa nano Watt PIC16F87/88

2.2.2.3. Circuito de Reset

El PIC se resetea cuando el pin 4 (MCLR negada) se pone a potencial bajo. Para

simplificar el circuito de reset el PIC posee un temporizador interno que permite

realizar un reset automtico cuando se aplica tensin de 5V. En estos casos el

circuito externo de reset slo implica el uso de un resistor de 10k entre el pin 4 y

fuente tal. En muchos circuitos es necesario realizar un reset manual y para ello

existen dos posibilidades, una es utilizar slo el temporizador interno (por

programa) y la otra es agregar una constante de tiempo exterior como se muestra

en la figura 2.21 En el segundo circuito C1 provee un retardo al encendido o

posterior al pulsado de reset porque C1 se cargar lentamente a travs de R1 con

una constante de tiempo de 22k. x 10F =220mS. [Vallejo, H., 2002; 6].

SLEEP

ToInternalLogic

C1(1)

C2(1)RS (2)

OSC1

OSC2

XTAL RF(3)

PIC16F88

Valores Condensador Tpicos Usados:

Mode Freq OSC1 OSC2

XT 455 kHz2.0 MHz4.0 MHz

56 pF46 pF33 pF

56 pF46 pF33 pF

HS 8.0 MHz16.0MHz

27 pF22 pF

27 pF22 pF

31

FIGURA 2.21. Dos circuitos de Reset Manual

FUENTE: Vallejo, H., Curso de PICs para Estudiantes y Aficionados.

El resistor R3 limita la corriente descarga de C1 a valores compatibles con sus

caractersticas de corriente de pico mxima D1 descarga a C1 cuando la tensin de

fuente decapara permitir un reset inmediato cuando la fuente se apaga y se

enciende en rpida sucesin, R2 limita la corriente de reset, tomada desde el

microprocesador. Este segundo sistema se suele utilizar cuando se requiere un

reseteado remoto a travs de varios metros de cable que podran captar zumbido

(C1 reduce la impedancia del circuito de reset). [Vallejo, H., 2002; 6].

2.2.2.4. Arquitectura Interna del Pic 16F88

Existen dos tipos de arquitecturas la arquitectura de Von Neumann y la Harvard en

relacin entre estas dos la Von Neumann usa menos lneas que la arquitectura de

Harvard, con una unin mucho ms simple entre CPU y memoria. Sin embargo, no

permite el manejo simultneo de datos e instrucciones porque hay slo un bs. Por

otra parte, la arquitectura de Harvard permite el manejo de datos e instrucciones

simultneamente porque esto tiene buses diferentes. La arquitectura de Harvard

usa memorias diferentes para almacenar instrucciones y datos. La memoria de

programa tiene su propio bus de direcciones (bus de direcciones de instruccin), su

propio autobs de datos (ms correctamente llam un bs de instruccin), y su

propio bus de control. La memoria de datos tiene su propio bus de direcciones, bs

R110K

R2

100

RESET

MCLR_____

+5V

R122K

C110F

R3

100

D11N4148R2

1K

RESET

MCLR_____

+5V

32

de datos, y bus de control independiente de los buses de instruccin. [Valds

Prez, F.- Pallas Areny, R., 2009; 9].

FIGURA 2.22. Arquitectura Von Neumann y HarvardArquitectura Von Neumann

9 bitsBus comn de

Direcciones

8 bitsBus de Datos eInstrucciones

Arquitectura Harvard

11 bits 9 bitsBus de direccin Bus de direccin

14 bits 8 bitsBus de Bus de

Instrucciones Datos

FUENTE: Angulo Usateui J., Romero Yesa S. y Angulo Martnez I., Microcontroladores PICDiseo practico de aplicaciones

El PIC 16F88 utiliza la arquitectura Harvard, y este se puede simplificar como semuestra en la figura 2.23

FIGURA 2.23. Arquitectura simplificada del PIC 16F88

FUENTE: Vallejo, H., Curso de PICs paraEstudiantes y Aficionados.

A los fines prcticos nos vamos a referir a los microcontroladores como bloques

que poseen una memoria de programa que es el lugar donde deben alojarse los

datos que le indiquen al chip qu es lo que debe hacer; una memoria de datos

donde ingresen las seales que debe procesar el programa, una unidad aritmtica y

lgica donde se desarrollen todas las tareas, una unidad de control que se encargue

Memoriade

InstruccionesCPU

Memoriade

Datos

LGICA DECONTROL

MEMORIA DEPROGRAMA

ALU MEMORIA DEDATOS

PUERTOSA B

Memorianica

deInstrucciones

y Datos

CPU

33

de supervisar todos los procesos y puertos de entrada y salida para que el PIC

tenga contacto con el exterior (figura 2.23). [Vallejo, H., 2002; 1].

2.2.2.5. Programas Cargadores de PICs

Para introducir los programas y datos en un sistema microprogramable,

necesitamos de un mtodo que sea comprensible tanto para el usuario como para el

sistema. Sin embargo, no existe un lenguaje que sea igualmente comprensible para

el usuario como para el sistema. Mientras que el primero utiliza un lenguaje

complejo, el sistema nicamente opera en lenguaje binario.

Este lenguaje binario que utiliza la mquina es muy complejo de entender y por

tanto, de programar. Por esta razn se clasifican los lenguajes en niveles segn

estn ms o menos cercanos al lenguaje de la mquina en; Lenguaje de bajo nivel

o cdigo mquina y Lenguaje de alto nivel. [(Pag. web)

http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].

a) Lenguaje de Bajo Nivel o Cdigo Mquina

Es difcilmente entendible para el usuario, porque es el que ejecuta directamente la

CPU. Este lenguaje est formado por palabras binarias, cuya longitud depende del

sistema empleado, por ejemplo, una CPU de 8 bits utilizara palabras formadas por

8 bits. Aunque la mquina solo entiende cdigos binarios (ceros y unos), este tipo

de lenguaje se puede programar en hexadecimal, que es ms manejable y su

conversin al formato binario es directa tal y como lo hace el ensamblador

MPLAB de microchip. Este formato binario, denominado lenguaje o cdigo

mquina, puesto que es el que realmente entiende el sistema, es el que debe estar

en la memoria de programa para que pueda funcionar. Se comprende, no obstante,

que escribir un programa, que puede constar de cientos, miles o millones de

instrucciones, a este nivel, seria extraordinariamente penoso, sujeto a errores y

muy difcil de interpretar por una persona, una vez escrito. Sin embargo, la

velocidad con que se ejecuta es muy elevada, ya que las instrucciones son

34

ejecutadas directamente por la mquina. [(Pag. web)

http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].

b) Lenguajes de Alto Nivel

Es el lenguaje ms cercano al usuario y por tanto, el ms evolucionado, ya que no

se basa en la arquitectura de la mquina. El nombre de las instrucciones y

sentencias se corresponde con el nombre en ingls de la tarea que realizan,

dependiendo ahora el repertorio de instrucciones no de la CPU, sino del paquete

software con el que trabaja o del sistema operativo. Algunos ejemplos de lenguajes

de alto nivel son; BASIC, C y JAVA.

Los lenguajes de alto nivel son muy parecidos al lenguaje del usuario pero muy

distinto del que comprende la mquina. Por tanto, para ejecutarse debe ser

convertido y la conversin suele introducir bastante ms cdigo que si el programa

se escribiese directamente en ensamblador por lo que su ejecucin es ms lenta.

El inconveniente de este tipo de lenguaje es que no podemos meternos en lo ms

profundo de la mquina. Sin embargo se puede escribir la mayor parte de un

programa en un lenguaje de alto nivel, y luego aadir subrutinas realizadas en

lenguaje mquina. [(Pag. web) http://perso.wanadoo.es/pictob.htm].

c) Programas Cargadores de PICs

Para que un PIC funcione como nosotros queremos es preciso cargarle un

programa en la memoria de programa, por medio de un programador de micro

controladores PIC, Existen en internet una gran cantidad de modelos de

programadores para micro controladores PIC, de muy bajo costo y fcil

construccin. El programa debe estar en un lenguaje comprensible por el chip o

sea un lenguaje de mquina en cdigo binario aunque en realidad al PIC debemos

introducirle un programa en cdigo hexadecimal e internamente lo convierte a

binario para realizar su interpretacin. El programa que debemos cargarle al PIC

en cdigo hexadecimal tiene que tener la terminacin hex.[Vallejo, H., 2002; 6].

35

2.3. SISTEMA DE FRENO MOTOR DEL VEHCULO2.3.1. Sistema Auxiliar de Freno

2.3.1.1. Freno Motor en el Escape

Todos los sistemas de frenos de vehculos tanto de pasajeros como comerciales

deben ser capaces o estar equipados para realizar tres funciones.

1. Detener el movimiento por completo.

2. Reducir la velocidad.

3. Mantener detenido el vehculo.

Algunos vehculos por su uso requieren un sistema adicional a su sistema

principal de frenos que le ayude a cumplir el planteamiento Nro. 2. Tal es el caso

de camiones de carga que deben bajar con frecuencia cuestas de gran pendiente o

pendientes reducidas pero de largo trayecto. Existen diversos tipos de freno de

motor, uno de los ms comunes consiste en una vlvula (mariposa) instalada en

el sistema de escape que estrangula o restringe el paso de los gases de escape. Ya

sea por un pedal o mediante un interruptor, el conductor lo acciona y se impide la

salida de los gases del motor acumulando presin que finalmente dificulta el

desplazamiento de los pistones reduciendo la velocidad del motor y la velocidad

del vehculo.

2.3.1.2. Funcionamiento del Freno Motor

Limita la salida de los gases de escape no dejndolos salir en su totalidad,

frenando el desplazamiento de los pistones y, en consecuencia, del vehculo. Esto

significa que cuando el motor es arrancado por la inercia del vehculo, siendo

nulo el carburante inyectado al no tener pisado el pedal de acelerador, ofrece una

resistencia interna debida a los rozamientos y a la depresin durante el tiempo de

admisin; el trabajo absorbido durante la compresin es restituido en gran parte

durante el tiempo de expansin, aunque no se produzca combustin alguna, y el

absorbido por el tiempo de escape es mnimo. Esta resistencia interna depende

36

del tipo de motor y de la velocidad de giro, la cual es funcin de la

desmultiplicacin de la transmisin y de la velocidad del vehculo. [Atrasa; 46]

Para aumentar la eficacia del uso del motor como freno, es necesario aumentar la

relacin entre las revoluciones del motor y las de las ruedas, manteniendo el

motor a las mximas revoluciones admisibles. Esta condicin pueda ser

satisfecha cuando se circula por una pendiente empleando la relacin de

desmultiplicacin que debera emplearse para subirla. [Atrasa; 46]

Algunos vehculos disponen de una vlvula de escape, especfica para el freno

motor, que se abre en el tiempo de expansin permitiendo que el aire, que se

comprime pero que no se quema ya que el sistema de inyeccin no aporta nada

de carburante, salga hacia el tubo de escape sin empujar al pistn en su carrera

descendiente. La utilizacin de dicha relacin de desmultiplicacin en la caja de

velocidades puede evitar la accin de los frenos de friccin cuando el motor es

suficientemente potente y la caja de velocidades tiene un suficiente nmero de

velocidades. [Atrasa; 46]FIGURA 2.24. Vlvula en el tubo de escape

FUENTE: Etrasa, Certificado de Aptitud Profesional - Materias Comunes.

2.3.2. Estructura del sistema del Freno Motor

El freno motor emplea el motor del vehculo como compresor. La fuerza que

emplea para mover el motor, actuando como compresor, se convierte en fuerza de

37

frenado. Es decir, el motor absorbe la energa cintica del vehculo. [Ferrer Ruiz J.,

2008; 306]

FIGURA 2.25. Ejecucin de los frenos de motor

Frenos por presin dinmica: La mariposa de escape retrecha la seccin del tubo de escape. Efecto de frenado en el ciclo de expulsin.

Frenos de descompresin: Vlvula adicional (estrangulador constante) en la culata. Efecto de frenado en el ciclo descompresin.

Turbo freno: Una mayor presin de sobrealimentacin genera un mayor caudal de aire y, con

ello, una mayor potencia de frenado. Efecto de frenado muy superior al de los sistemas con mariposa de escape o

estrangulador constante.

FUENTE: Ferrer Ruiz J., Sistemas de transmisin y frenado.

38

2.3.3. Freno Motor con Mando Neumtica y Mando Electroneumtico

2.3.3.1. Mando automtico de un Freno con Vlvula Neumtica

El freno motor se acciona con una vlvula de pie neumtica o elctrica que activa

el cilindro de accionamiento de la vlvula de mariposa del colector de escape. El

sistema corta la alimentacin del motor cuando se acciona el freno motor.

La vlvula de mariposa del colector de escape cierra la salida de los gases y

provoca la contra presin en el colector y en los pistones de 2 a 5 bar, lo cual

frena el desplazamiento de los pistones y, en consecuencia, el giro del motor.

[Ferrer Ruiz J., 2008; 306]FIGURA 2.26. Freno Motor con mando neumtico

FUENTE:Ferrer Ruiz J., Sistemas de transmisin y frenado

2.3.3.2. Mando automtico de un freno con funcin Electro

neumtico

En la figura 2.27, est representado en el esquema electro neumtico de un

mando automtico de freno motor, montado sobre un vehculo industrial.

Calderin de aire deservicios auxiliares Mando

neumtico

Cilindro de cortede inyeccin

Colectorde escape

Cilindro de mando de mariposa

Tornillo topede regulacinde mariposa

39

FIGURA 2.27. Esquema electroneumtico automtico de un freno sobre el escape

1. Conducto de escape.2. Vlvula de mariposa del freno motor.3. Pedal del mando de frenos.4. Interruptor del mando de freno motor.5. Cable del conmutador.6. Interruptor para mando electromagntico.7. Cilindro neumtico para mando de la

mariposa freno.8 .Cable de la batera.

9. Tubera del depsito de aire comprimido.10. Vlvula de mando de cilindro neumtico.11. Electroimn del mando de palanca del motor.12. Palanca en posicin de parada del motor.13. Palanca en posicin del motor al mnimo.14. Palanca en posicin del motor al mximo.15. Dispositivo para bajo rgimen.16. Bomba de inyeccin.

FUENTE: Font Mezquita J., Dols Ruiz J., Tratado sobre automviles,

Los retardadores pueden utilizarse entre el motor y la caja de cambios

(retardadores primarios) o entre la caja de cambios y el eje motor (retardador

secundario). [ Font Mezquita J., Dols Ruiz J., Dols Ruiz J., 2004; 811-812]

2.3.3.3. Potencia de Freno Motor

La potencia de freno motor est compuesta por la fuerza de arrastre y la de

frenado (provocada por el estrangulamiento de la corriente de los gases de

escapeen el ciclo de expulsin). La potencia de arrastre de motores de serie est,

en la cilindrada mximo entre 5 y 7 kW/l. Al contrario los motores de serie

alcanzan con el freno motor convencional (freno con vlvulas de tubo de

escape) potencias de frenado entre 14 y 20 kW/l. Un mayor aumento de la

potencia de freno motor solo sera posible con complejas modificaciones

10

11

12

14

13

1

2

3

4

8

7

6

5

9

15

16

40

constructivas adicionales. El freno motor (Por ejemplo, C-Brake, Jake Brake,

Dynatard, etc.) puede mejorar significativamente la potencia de frenado.

[Heinz Dietsche K., 2005; 847].

FIGURA 2.28. Curvas caractersticas de los sistemas de freno del motor

1. Aquatarder Volth,2. Sistemas de freno del motor actuales

FUENTE: Heinz K., Manual de la tcnica del automvil.

Hasta el da de hoy el freno con vlvula de tubo de escape es el ms extendido.

Con este sistema el conductor puede cerrar una mariposa giratoria instalada en el

sistema de escape.

La instalacin de una vlvula de mariposa pequea en el bypass hacia la vlvula

de escape hace posible un aumento de la potencia. El accionamiento de esta

vlvula se realiza como en el cilindro posicionador de la mariposa del freno

motor con aire comprimido. Durante la intervencin del freno motor, la vlvula

se abre progresivamente y libera una caudal constante de la mariposa. [Heinz

Dietsche K., 2005; 848].

2

1

Revoluciones del Motor1100 1500 1900 2300 rpm

600kW

400

200

0

CAPITULO III

MARCO PRCTICO

La inteligencia consiste no slo en el

conocimiento, sino tambin en la

destreza de aplicar los conocimientos en la

prctica.

ARISTTELES384 AC-322 AC. Filsofo Griego

41

CAPITULO III

MARCO PRCTICO3.1. SIMULACIN DEL CIRCUITO VELOCMETRO

DIGITAL EN SOFTWARE ELECTRNICO MS SUADECUACIN EN HARDWARE PARA SUIMPLEMENTACIN DEL PROTOTIPO EN ELVEHCULO

3.1.1. Diagrama de Bloques del Proyecto

FIGURA 3.1. Diagrama de bloque de los sistemas aplicables al proyecto

FUENTE: Elaboracin Propia

FIGURA 3.2. Diagrama de bloque en funcin al proyecto


42

FIGURA 3.3. Diagrama de proceso de funcionamiento del freno motor en el automvilConvencional Automatizado


Conducto de escape

Vlvula de lamariposa del freno

motor

Vlvula de mando decircuito neumtico

Cilindro neumtico para mandode la mariposa de freno

motor

Conductor

Pedal o Interruptor demando de freno motor

Interruptor de mandoelectromagntico

Freno motor

80Km/h

Conducto de escape

Vlvula de lamariposa del freno

motor

Cerrado

Abierto

70Km/h

Cilindro neumtico para mandode la mariposa de freno

motor

Vlvula de mando decircuito neumtico

Interruptor de mandoelectromagntico

Actuador 80 Km/h

70 Km/h

Circuito electrnico(microcontrolador)

Sensor de velocidadseal

Pantalla LCD

Activado

Desactivado

43

El sensor es un componente elctrico que transforma el movimiento mecnico en

seal elctrica. Cuando el vehculo comienza a moverse, el movimiento mecnico

se acondiciona en seal electrica y se manda al PIC y en su interior el sistema

microprocesado convierte estas seales de informacin hacia la pantalla LCD,

para su visualizacin donde se podr conocer en todo momento a qua velocidad

circula el vehculo. En medida que el velocmetro exceda los 80 Km/h el PIC

manda una seal, que activa un actuador y este activa el sistema del freno motor

para frenar el vehculo. Este proyecto es para poder controlar la velocidad del

vehculo, para que no exceda velocidades que se consideran peligrosas.

3.1.2. Descripcin del proyecto y sus componentes.

Para el desarrollo del proyecto se utilizo un microcontrolador que cumpliera con

los requisitos que el proyecto necesita, en este caso utilizamos el PIC 16F88,

perteneciente a la gama media, este microcontrolador posee 18 pines suficientes

para trabajar en protoboar, 7 KB de memoria ms que suficientes para el programa

y tiene conversores A/D as cumpliendo las necesidades del proyecto.FIGURA 3.4. PIC 16F88

FUENTE: www.puntoflotante.net

3.1.3. Fuente de alimentacin.

Est conformado por un sistema regulador integrado 7805 (figura 3.5), que

alimenta al microcontrolador PIC 16F88 con 5 voltios y garantiza una carga de

hasta 2A si fuese necesario, para la referencia de alimentacin de lnea se

considera a la batera del automvil de 12V.

44

FIGURA 3.5. Fuente de alimentacin del circuito

VI1 VO 3

GN

D2

U27805

C1100u

D1

1N4007

D21N4007

+12v

+5V

J1

J2

C210u


De acuerdo con las hojas tcnicas del Circuito Integrado 7805 garantiza la

regulacin siempre que Vi sea 5V, regula por lo menor de 3V hasta un mximo de

36V de entrada aproximadamente.

Los condensadores C1 y C2, (figura 3.5), son de proteccin contra ruidos

ocasionados por la distancia de la batera y el circuito integrado para sus valores se

escogi 100f y 10f.

Los diodos D1 y D2, son rectificadores IN4007 protegern al circuito integrado

contra posibles transitorios de corrientes, se menciona que este sistema de

alimentacin es clsico en diseos de este tipo, por su sencillez y su bajo costo.

Este Circuito Integrado 7805 es muy utilizado como regulador de voltaje para

circuitos con microcontroladores ya que este integrado es muy simple de usar,

ofrece una excelente respuesta ante variaciones voltaje a su entrada.

3.1.4. Entrada de seal al circuito desde el sensor de velocidad.

Para tomar la seal proveniente del sensor se utiliza el siguiente circuito.

Vi=1 2A

45

FIGURA 3.6. Circuito para la entrada de pulsos

D3Vz=4.7

R310k

VIN

R4100k

J3


Debido a que los pulsos provenientes del sensor son errticos de niveles superiores

a 5V, y que estos no son compatibles con la lgica del microcontrolador utilizado,

el diodo zener D3 (figura3.6) mantendr los niveles recortados a 4,7V

aproximadamente, que es valor ms prximo a 5V, de voltaje zener en el mercado.

La potencia del diodo zener es de 1w el cual garantiza por dems la regulacin.

Cuando Vi = 12V y en Vin = 4,7V por lo tanto en la resistencia R3 existir una

cada de tensin de 7,3V aproximadamente.

VR3 = Vi Vin

VR3 = 12V 4,7V

VR3 = 7,3V (cada de tenciona)

Como la corriente mxima de los pines del microcontrolador es de 20mA, La

resistencia R4 garantiza que no circule una corriente mnima por el diodo zener

D3, ya que este diodo D3 no puede regularlo.

46

10

iz min = 2mA (corriente mnima del zener.)De acuerdo con este dato se asegura la regulacin del diodo zener D3 ya que

proyecto de grado velocimetro henry mayorga

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