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ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
"DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE UN CONTROLELECTRÓNICO PARA EL ACCIONAMIENTO DEL
ACELERADOR, FRENO Y EMBRAGUE DE UN AUTOMÓVIL"
TESIS PREVIA A LA OBTENCIÓN DEL WTULO DE:^^í^rr^^
INGENIERO EN ELECTRONI??Áí(f CONTROL
MANUEL RAMIRO CAIZA SÁNCHEZ
ROMULO PATRICIO MONTENEGRO TAMAYO
QUITO, JULIO DE 1998
(Xi'
•i
Certifico que el presente trabajo ha sido realizado en
en su totalidad por los Sres.
Ramiro Caiza y Patricio Montenegro
í
AGRADECIMIENTO
Un sincero agradecimiento a todas |aspersonas que colaboraron en el desarrollode la presente Tesis, y de manera especialal Ing. Marco Barragán por el tiempo yesfuerzo brindados en ella.
DEDICATORIA
Dedico el presente trabajo a mispadres y hermanas, quienes siempreme han brindado un incondicionalapoyo y han sido fuente demotivación.
Ramiro Caiza.
Este trabajo está dedicado a mispadres por su esfuerzo, sacrificio eincondicional apoyo que mebrindaron.
Patricio Montenegro.
INTRODUCCIÓN
CAPITULO IGENERALIDADES 1
1.1 La electrónica en la industria automovilística 1
12. Vehículos ortopédicos 3
1.3 Discapacítados en el Ecuador .8
1.3.1 Estadísticas acerca de la población discapacitada 13
CAPITULO 11DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO GENERALDEL SISTEMA PROPUESTO 18
2.1 Descripción .del funcionamiento del sistema de control delacelerador 21
22 Descripción del funcionamiento del sistema de controldel freno .23
2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de control del embrague 25
2.4 Descripción del funcionamiento del sistema de emergencia .27
2.5 Descripción del funcionamiento del sistema de vigilancia delmicrocontrolador 2.9
2.6 Descripción del programa de control .31
CAPITULO IIICONTROL DEL ACELERADOR .34
3.1 introducción .34
3.1.1 Principio de funcionamiento del carburador .34
32 Alternativa propuesta : .46
3.3 Diseño y construcción del sistema de control del acelerador 47
3.3.1 Diseño del sistema mecánico 48
3.32 Diseño del sistema de control electrónico 52
3.32.1 Diseño de la fuente de alimentación 52
3.322 Diseño del circuito de control .55
3.322.1 Diseño del botón de mando 57
3.3222 Acondicionamiento de la señal del botón demando '. 58
3.322.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 60
3.3.2.2.4 Diseño del circuito para los indicadoresluminosos de posición 63
Diseño del circuito que permite retomar eicontrol 64
3.322.6 Diseño del circuito de realímentación. Pulsos deposición 74
3.32.3 Diseño de! circuito de potencia 77
3.32.3.1 Dimensionamiento del motor DC 77
3.32.32 Puente de inversión de giro .81
3.32.3 Protecciones .84
CAPITULO IVCONTROL DEL FRENO 86
4.1 Introducción .86
4.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de freno 86
4.1.1.1 Fuerza de frenaje 87
42 Alternativa propuesta 94
4.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno 95
4.3.1 Diseño del sistema mecánico 96
4.32 Diseño del sistema de control electrónico...; 98
4.32.1 Diseño del circuito de control 99
4.32.1.1 Diseño del botón de mando 100
4.32.12 Acondicionamiento de la señal del botón demando 101
4.32.1.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 103
4.32.1.4 Diseño del circuito para los indicadoresluminosos de posición 105
4.32.1.5 Diseño del circuito que permite retomar elcontrol 106
4.32.1.6 Diseño del circuito de reallmentación. Pulsos deposición 109
4.322 Diseño del circuito de potencia 111
4.322.1 Dimensionamiento del motor DC 111
43,2.2.2. Puente de inversión de giro 113
4.3.2.2.3 Protecciones 115
4.3.2.3 Programa de control del acelerador y freno lió
CAPITULO VCONTROL DEL EMBRAGUE ; 127
5.1 Introducción 127
5.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de embrague 127
5.1.1.1 Embrague de fricción 128
5.1.1.1.1 Embrague cuando se halla acoplado 130
5.1.1.12. Embrague cuando se halla desacoplado 131
5.1.1.1.3 Juego de separación 132
5.1.12 Embrague de resorte de membrana 133
5.12 El pedal del embrague 134
5.12.1 Fuerza del pedal 134
5.12.2. Accionamiento mecánico del pedal del embrague 135
5.12.3 Accionamiento hidráulico del embrague 136
52 Alternativa propuesta 137
5.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno 139
5.3.1 Diseño del sistema mecánico '. 140
5.32 Diseño del sistema de control electrónico 144
5.32.1 Diseño del circuito de control 144
5.32.1.1 Diseño del botón de mando 146
5.32.12 Acondicionamiento de la señal del botón demando 146
5.32.1.3 Acondicionamiento de las señales de controlpara el circuito de potencia 147
5.32.1.4 Diseño del circuito para ios Indicadoresluminosos de posición 148
5.32.1.5 Diseño del circuito que permite retomar elcontrol 149
5.32.1.6 Diseño del circuito de realímentaclón. Pulsos deposición 152
• 5322. Diseño del circuito'de potencia 153
5322.'] Dimensionamiento del motor DC 153
5.3222 Puente de inversión de giro 158
5.3.2.2.3 Protecciones 159
5.3J2.3 Programa de control del embrague 160
CAPITULO VISISTEMAS DE SEGURIDAD 165
6.1 Diseño del sistema de emergencia 165
62 Diseño del sistema de vigilancia para el microcontrolador
(WDT) 169
62.} Circuito de habilitación 171
622 Circuito temporizador 172
62.3 Circuito generador de puteo 173
62.4 Circuito de selección 175
62.5 Circuito indicador luminoso de reset por WDT 176
CAPITULO VilRESULTADOS EXPERIMENTALES 178
7.1 Integración de ios controles del acelerador, freno , embrague y anáfisis deresultados 178
72 Análisis del costo del equipo 185
CAPITULO VIH .• 188
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 188
BIBLIOGRAFÍA 192
ANEXOS 194
INTRODUCCIÓN
Mejorar la calidad de vida de los ciudadanos, es uno de los objetivos
principales de cualquier Estado. La mejora de la calidad de vida de las personas
con discapacidad no es sólo una cuestión de protección económica, depende
también de la accesibilidad del medio físico, de la existencia y disponibilidad de
recursos que permitan superar las barreras de comunicación y movilidad.
El gobierno, las organizaciones no gubernamentales y toda la sociedad
también deben preocuparse de temas concernientes a las personas con
discapacidad, para conocer la importancia que tienen la integración y
participación plena de dichas personas en todos los aspectos de la vida social y
económica.
A través del desarrollo tecnológico se están abriendo posibilidades, hasta
hace poco inimaginables, para la mejora de la calidad de vida de las personas
con discapacidad. Por ello, haciendo uso de herramientas tanto electrónicas
como mecánicas, se decidió desarrollar un sistema electromecánico que se
adapte a un vehículo estándar, más concretamente a un automóvil, para permitir
que estas personas puedan desplazarse por si solas a los diferentes sitios que
requieran, como pueden ser lugares de trabajo, centros de capacitación y
terapia, centros educativos, lugares recreacionales, etc., posibilitando la
integración y la participación de actividades culturales, económicas,
recreacionales.
El equipo de control desarrollado está orientado hacia personas con
discapacidad en sus extremidades inferiores y que no cuenten con los suficientes
recursos económicos como para importar un vehículo ortopédico que les permita
desplazarse al sitio que requieran.
Además, para el diseño del equipo se tomó en cuenta el hecho de que no
debe implementarse en un vehículo de una marca y modelo específico, sino más
bien en cualquier vehículo existente en el mercado nacional, para que de esta
manera sea elección del usuario el tipo de vehículo que más le convenga,
siempre y cuando el mismo se encuentre en perfectas condiciones mecánicas.
Contenido de la tesis
El contenido de la tesis está conformado de la siguiente manera:
CAPITULO I, en este capítulo se hace una breve reseña acerca del desarrollo
tecnológico que ha tenido la industria del automóvil, se hace referencia a los
vehículos ortopédicos, y además se describe la situación de la población
discapacitada en el Ecuador.
CAPITULO II, en este capítulo se señalan las partes principales que conforman el
sistema propuesto para realizar el accionamiento del acelerador, freno y
embrague, además se realiza una breve descripción acerca de su
funcionamiento; también se describe el funcionamiento del sistema de
emergencia, del sistema de vigilancia para el microcontrolador (watch dog timer)
y se hace una descripción del programa de control.
CAPITULO III, contiene el diseño del sistema de control del acelerador, para lo cual
previamente se expone el principio de funcionamiento del carburador; luego se
encuentran los diseños del sistema mecánico y del sistema electrónico.
CAPITULO IV, este capítulo se refiere al diseño del sistema de control del freno,
donde se hace una descripción del funcionamiento del sistema de freno. Luego
se hallan los diseños respectivos para la parte mecánica y eléctrica. Finalmente se
detalla la estructura y funcionamiento del programa que controla tanto la
aceleración como el frenado del vehículo.
CAPITULO V, contiene el diseño del sistema de control del embrague, para lo cual
se inicia con una breve explicación acerca del funcionamiento del embrague y
posteriormente se encuentran los diseños respectivos tanto de la parte mecánica
como eléctrica, para concluir con la descripción del programa que controla el
embrague.
CAPITULO VI, en este capítulo se realizan los diseños del sistema de emergencia y
del sistema encargado de vigilar el buen funcionamiento del microcontrolador
(wath dog timer).
CAPITULO Vil, en este capítulo se muestran los resultados obtenidos
experimentalmente, así como el detalle del costo del equipo desarrollado.
CAPITULO VIII, este capítulo está dedicado a las conclusiones y recomendaciones
referentes al desarrollo de la tesis.
Adicionalmente, al final se encuentran los anexos respectivos a datos
técnicos de elementos utilizados para la construcción del equipo, diagramas
circuitales, fotografías del equipo desarrollado.
ill
CAPITULO I
GENERALIDADES
1.1 La electrónica en la industria automovilística
El gran desarrollo que han tenido los circuitos microprocesadores y
microcontroladores, y la electrónica en general, ha dado lugar al desarrollo de
nuevos sistemas que realizan tareas hasta hace poco inimaginables. Es así que la
industria del automóvil, utiliza ampliamente la Rebotica en las líneas de montaje y
los vehículos producidos incorporan tecnología electrónica ultramoderna.
Los vehículos más modernos y seguros, y por ende los más costosos, traen
consigo una cantidad de sensores cuyas señales son procesadas en las unidades de
control, como se puede ver en la figura 1.1. Todos estos sensores y cerebros
Figura 1.1 Distribución del equipo electrónico en un
vehículo moderno
1
electrónicos permiten controlar el sistema de frenado (ABS), bolsas de aire (alrbags),
sistemas de seguridad, sistemas de navegación automática, sistemas que controlan
el consumo de combustible (inyección electrónica), el control de la calefacción y
ventilación, etc. Varios de estos sistemas se muestran en las figuras 1.2a y 1.2b.
1.2a
1.2b
Figura 1.2 a) Dispositivo para controlar la calefacción y ventilación
b) Moderno tablero de instrumentos de un vehículo
Entre las nuevas tecnologías automovilísticas que probablemente se
apliquen en un futuro próximo se cuentan los sistemas de visión mejorada y el
control "inteligente" de la marcha. Los proyectos a más largo plazo comprenden un
sistema que permita a los automovilistas "ver" en la niebla, sistemas que permitan
transmitir las intenciones de los conductores entre vehículos, sistemas anticolisiones y
un sistema con red neural que determine el estado de alerta del conductor
observando su conducta y sus reacciones mediante sensores.
1.2 Vehículos ortopédicos
Los vehículos ortopédicos pueden denominarse a aquellos que se
encuentran equipados con sistemas electromecánicos operables por los miembros
superiores del conductor, para controlar principalmente el acelerador, freno,
embrague y luces direccionales. En este tipo de vehículos es recomendable que se
cuente con una caja de cambios automática y dirección hidráulica, sin embargo
en el país no se cuenta con este tipo de vehículos y para su acceso es necesaria su
importación.
Es incuestionable que en los países desarrollados existen mayores facilidades
para que las personas discapacitadas físicamente tengan un buen nivel de
autonomía en el transporte, por lo que han desarrollado un conjunto extenso de
vehículos ortopédicos sean estos particulares o públicos, para los cuales por
ejemplo, se han diseñado rampas adaptables para el acceso de personas que
utilizan sillas de ruedas (figura 1.3).
Así mismo, se han desarrollado sistemas adaptables, para transformar un
vehículo estándar en un vehículo ortopédico, como se ilustra en la figura 1.4a.
Muchos de éstos sistemas hacen uso de la electrónica para conseguir la regulación
de una función específica (acelerador, embrague, luces intermitentes, etc.) tal
como se muestra en la figura 1.4b y 1.4c. Además, este tipo de vehículos pueden
contar con un mando a distancia con el que se puede abrir la puerta del auto, así
como guardar la silla de ruedas para ponerlo en marcha, como se muestra en la
figura 1.4d.
Por otro lado, también se han construido sistemas de tipo mecánico para
reemplazar la acción de algún miembro de una persona discapacitada, algunos de
los cuales se muestran en las figuras ].4e, 1.4f, 1.4g y 1.4h. Tanto los sistemas
electrónicos como los sistemas mecánicos se han desarrollado con el fin de facilitar
la conducción de un vehículo a una persona con discapacidad física; sin embargo,
este tipo de ayudas se pueden obtener a costa de una considerable suma de
dinero en su país de origen.
Figura 1.3 Rampa adaptada para permitiré! acceso de
discapacitados a los vehículos
N
Figura 1.3 Rampas y plataformas adaptadas para permitir
el acceso de discapacitados a los vehículos (continuación)
1.4a Vehículo para ser conducido por una persona
discapacitada físicamente
1.4a Vehículo para ser conducido por una persona
discapacitada físicamente (continuación]
1.4b Caja electrónica para manejar las 1.4c Palanca electrónica para el control
luces intermitentes, limpia para brisas, del sistema de embrague
y bocina
1.4d Sistema para recoger y guardar la silla de ruedas
1.4e Acelerador de aro al volante 1.4f Acelerador de puño
1.4g Palanca de cambios para la mano 1.4h Pomo para la conducción con
izquierda una sola mano
Figura 1.4 Adaptaciones mecánicas y electrónicas desarrolladas
para conductores con discapacidad
1.3 Discapacitados en el Ecuador
Una persona con discapacidad o discapacitada es aquella que a
consecuencia de una o más deficiencias físicas, mentales y/o sensoriales,
congenitas o adquiridas, previsiblemente de carácter permanente se ve restringida,
para realizar una actividad dentro del margen que se considera normal, en el
desempeño de sus funciones o actividades habituales.
En el Ecuador el organismo rector de las políticas nacionales y coordinador
de las actividades con respecto a las personas discapacitadas, es el Consejo
Nacional de Discapacidades, CONADIS, que es un organismo de derecho público,
con autonomía operativa, patrimonio propio.y presupuesto especial.
' El CONAD1S dicta políticas generales y sectoriales en materia de
discapacidades, impulsa investigaciones y coordina las labores con los organismos y
entidades de los sectores público y privado a los que compete la prevención,
atención de discapacidades y la integración social de las personas con
discapacidades.
Dentro de las políticas generales del CONADIS se tienen:
- El objetivo final de todas las medidas de intervención será la formación
ocupacional, rehabilitación profesional e inserción laboral y social. Es necesario
estructurar, reforzar y ampliar los servicios de formación ocupacional, orientación,
capacitación profesional y empleo.
- La atención de las personas con discapacidades deberá ser una respuesta
integral a sus necesidades a lo largo de toda su vida, debiendo extenderse las
medidas que se adopten, de manera que puedan beneficiarse todos los estratos de
la población con discapacidades, asegurando la cobertura de los sectores urbano
marginales y rurales, sin distingo de su raza, cultura, religión, ideas políticas o
situación socio-económica.
- Se desarrollarán mecanismos de concertación con instituciones de
capacitación, para la prevención e integración socio-laboral de las personas con
discapacidad.
Como el CONADIS es el ente rector de las políticas nacionales para los
discapacitados cuenta con normas y reglamentos publicados en el Registro Oficial,
con el fin de atender e integrar a las personas con discapacidad para equiparar de
alguna manera las oportunidades con respecto a las demás personas, por ello
cuenta con reglamentos que amparan e incentivan el hecho de buscar ayuda
técnica extranjera que permita a los discapacitados físicos desplazarse con
autonomía, como puede ser el caso de los vehículos ortopédicos.
Es así, que se tienen los artículos 19 y 20 de la Ley sobre Discapacidades,
como respaldo para la búsqueda de ayuda en el exterior:
"Art. 19 EXONERACIÓN DE IMPUESTOS.- Se exonera del pago total de derechos
arancelarios, impuestos adicionales e impuestos al valor agregado IVA, como
también el impuesto a Consumos Especiales con excepción de tasas portuarias y
almacenaje a las importaciones de aparatos médicos, instrumentos musicales,
implementos artísticos, herramientas especiales y otros implementos similares que
realicen las personas con discapacidad para su uso, o las personas jurídicas
encargadas de su protección."
"Art. 20 VEHÍCULOS ORTOPÉDICOS.- La importación de vehículos ortopédicos sólo
podrá ser autorizada por el Consejo Nacional de Discapacidades y gozará de las
exoneraciones a las que se refiere el artículo anterior únicamente cuando se
destinen y vayan a ser conducidos por personas con discapacidad que no puedan
emplear otra clase de vehículos.
Los vehículos ortopédicos usados por personas con discapacidad deberán
llevar en un lugar visible el símbolo internacional de acceso con la leyenda
"VEHÍCULO ORTOPÉDICO". El distintivo o símbolo acreditará el derecho a
franquicias de libre tránsito y estacionamiento en todo el territorio nacional, de
acuerdo a lo que establezcan las ordenanzas y disposiciones de la Dirección
10
Nacional de Tránsito."
En cuanto se refiere a la importación de vehículos ortopédicos se tiene el
artículo 76 del Reglamento General que dice:
"Art. 76 IMPORTACIÓN DE VEHÍCULOS ORTOPÉDICOS.- Los vehículos importados
serán hasta de tres años anteriores al modelo de la fecha de autorización y
deberán cumplir con los requisitos necesarios objeto de su importación.
Sólo se podrá importar vehículos ortopédicos al amparo del Art. 20 de la Ley
sobre Discapacidades cuando se destinen a personas discapacitadas de miembros
inferiores, mayores de edad, que los pueden conducir personalmente, sin riesgo
para ellas ni para terceros.
Será necesario, además, que el vehículo sea una herramienta de trabajo o
un medio de transporte indispensable, para el desarrollo de las actividades de las
personas o persona con discapacidad."
El Consejo Nacional de Discapacidades está facultado para investigar el
cumplimiento de las importaciones de las ayudas técnicas y en el caso de
comprobarse incumplimiento denunciar el hecho a las autoridades competentes y
disponer el pago de los gravámenes exonerados, debidamente reajustados, por
parte del infractor.
Según el reglamento del CONADIS las personas discapacitadas que están
facultadas para importar un vehículo ortopédico son aquellas que presentan un
50% o más de discapacidad funcional que les impida un desplazamiento
11
autónomo. Este 50% de discapacidad se refiere a afecciones o amputaciones de las
extremidades inferiores.
Para que el CONADIS extienda la autorización para la importación de un
vehículo ortopédico se tienen que cumplir los siguientes requisitos:
- Oficio al presidente del CONADIS solicitando el permiso para la importación.
- Certificado de calificación médica de persona con discapacidad en el que
conste el porcentaje de discapacidad, otorgado por una unidad calificadora
autorizada del Ministerio de Salud Pública; del IESS -Instituto Ecuatoriano de
Seguridad Social- si es afiliado, y del ISSFA si es miembro de las Fuerzas Armadas.
- Copia de la cédula de ciudadanía y licencia de manejo.
- Certificado de la Dirección de Tránsito de poseer o no vehículo.
- Documentos que prueben capacidad adquisitiva.
- Informe social de la unidad calificadora del CONADIS.
Como política del CONADIS se tiene que la exoneración de impuestos para
la importación de vehículos ortopédicos cubre hasta un valor tope de 20.000
dólares, es decir, si un vehículo cuesta 30.000 dólares, 20.000 estarían libres de
impuestos mientras que de la cantidad restante (10.000) tendrían que pagarse
todos los impuestos correspondientes.
12
De los requisitos necesarios para obtener el permiso de autorización para la
importación de un vehículo ortopédico, se observa que es necesario probar una
solvencia económica con la cual muchas personas con discapacidad no cuentan,
de ahí nace la importancia y la necesidad del desarrollo de la presente tesis como
una alternativa tecnológica orientada a todos los estratos sociales y económicos
de la población discapacitada.
1.3.1 Estadísticas acerca de la población discapacitada
Es importante conocer cuántas personas con discapacidad existen en el país
y cuáles son sus características fundamentales, para en base a estos datos estimar
el número de personas que requieran y puedan beneficiarse con ayudas
ortopédicas desarrolladas en el país y más específicamente por las universidades,
en las cuales se realizan investigaciones para el beneficio de la sociedad en
general.
A continuación se muestran datos actualizados hasta el mes de febrero del
presente año, proporcionados por el CONADIS respecto a la población
discapacitada. Los datos proporcionados se han obtenido en base a la
carnetización que lleva a cabo el organismo antes mencionado.
13
•PROVINCIA
AZUAY
BOLÍVAR
CAÑAR
CARCHI
COTOPAXI
CHIM3ORAZO
EL ORO
ESMERALDAS
GUAYAS
IMBABURA
LOJA
LOS RÍOS
MANAB1
MORONA SANTIAGO
ÑAPO
PASTAZA
PICHINCHA
TUNGURAHUA
ZAMORA
GALÁPAGOS
SUCUMBJOS
NO RESPONDE
TOTAL
DEPENDENCIA DE TRABAJO
PROPK)NUM %F .
%C
70 7.47.6
3 33.303
7 5.607
2 4000.2
16 27.11.7
9 9.O05
.6 16¿0.6
38 10.64.T
220 9.S233
10 12.8ID
26 14J22.8
176 12.619.1
55 28.653
1 16.60.1
U 10.41.5
233 11.025 .3
30 15.33.2
2 8.30.2
1 11.10.1
919 11.1100.0
PRIVADO •NUM %F
%C
57 6.16.9
1 11.10.1 '
• 3 2.40.3
8 13.50.9
U 16.11.-9
12 33.31.4 .
9 2.51.0
279 12.033.8
17 21.72X1
2] 11.52.5
1 5.50.1
71 5.18.6
13 6.71.5
14 10.41.6
267 12.6323
34 17.34.1
2 8.30.2
825 9.9100.0
pusucaNUM %F .
%C
43 4.67.7
1 11.10.1
10 8.01,8
1 ¿0X10.1
4 6.70.7
8 8.01.4
-2 5.503
15 4.22.7
8? 3.816.1 '
ó 7.61X1
22 12.03.9
2 11.10.3
78 5.614.1
51 26.59.2
2 33.30.3
ó 4.4'1.0
199 9.436X1
12 6.12.1
1 4.10.1
552 6.6100.0
NO RESPONDENUM %F
%C
764 81.712.7
4 44.40.0
104. 83.81.7
2 40X10.0
31 52.50.5
66 66.61.1 •
16 44,40.2
295 82-64.9
1721 74.528.7
45 57.60.7
113 ÓZQ1.8
15 83.80.2
1061 76.517.7
73 38X11.2
3 50.00.0
100 74.61.6
1417 66.923.7
120 61.22.0
19 79.10.3
1 100.00.0
8 88.80.1
5978 72.2100.0
TOTALNUM %F
%C
934 100.011.2
9 100.00.1
124 100.01.4
5 100X) .0.0
59 100.00.7
99 100.01.1
36 100X)0.4
357 100.04.3
2309 100.027.9
78 100.00.9
182 1DOX)2.1
18 100.00.2
1386 100.O1¿.7
192 100.0 .23
6 100.00.0
134 100.01.6
21 U 100.025.5
196 100.02.3
24 100.00.2
1 100.00.0
9 100X)0.]
8274 100.0100.0
CUADRO 1.1 Dependencia de trabajo
14
CAUSAS DEDISCAPACIDAD
ENFERMEDAD
INFECCIÓN
PROBLEMAS DE PARTO
HERENCIA CONGÉNITA
ACCIDENTES DE TRANSITO
ACCIDENTES DE TRABAJO
ACCIDENTE DOMESTICO
NO RESPONDE
TOTAL
DISCAPACIDAD
MENTALNUM %F
%C353 10.5
14.074 22.8
2.9722 58.0
28.71166 40.7
46.310 1.8
0.33 0.8
0.149 9.6
1.9137 41.1
5.42514 30.3
100.0
VISUALNUM %F
%C251 11.7
31.141 12.6
5.047 3.7
5.8254 8.8
31.555 10.3
6.847 12.8
5.896 18.9
11.915 4.5
1.8806 9.7
100.0
AUDITIVANUM %F
%C276 12.9
16.780 24.6
4.8129 10.3
7.8959 33.5
58.017 3.2
1.08 2.1
0.488 17.3
5.394 28.2
5.61651 19.9
100.0
FÍSICANUM %F
%C1252 58.6
38.0128 39.5
3.8343 27.5
10.4477 1 6.6
14.4447 84.4
13.5309 84.1
9.3267 52.6
8.169 20.7
2.03292 39.7
100.0
TOTALNUM %F
%C2133 100.0
25.7324 100.0
3.91244 100.0
15.02858 100.0
34.5529 100.0
6.3367 100.0
4.4507 100.0
6.1333 100.0
4.08274 100.0
100.0
CUADRO 1.2 Causas de discapacidad
DISCAPACIDAD
MENTAL
VISUAL
AUDITIVA
FÍSIQA
NO RESPONDE
TOTAL
PORCENTAJE
HASTA 25%NUM %F
%C176 7.0
74.88 0.9
3.48 0.4
3.442 1.2
17.81 9.0 .
0.4 .235 2.8
100.0
>25% A 50%NUM %F
%C713 28.3
43.9130 16.1
8.0114 6.9
7.0661 20;0
-40.74 36.3
0.21622 19.6
100.0
>50% A 75%NUM %F
%C1148 45.6
28.4157 19.4
3.81162 70.3
28.71564 47.5
38.74 36.3
0.24035 48.7
100.0
MAS DE 75%NUM %F
%C477 18.9
20.051 1 63.3
21.1367 22.2
15.41023 31.0
42.9.2 18.1
0.02380 28.7
100.0
TOTALNUM %F
%C2514 100.0
30.3806 100.0
9.71651 100.0
19.93292 100.0
39.711 100.0
0.18274 100.0
100.0
CUADRO 1.3 Nivel de discapacidad
15
EDAD EN AÑOS
HASTA 5 •
DE 6 A 11
DE12A-17
DE18A23
DE 24 A 44
DE 46 A 65
MAS DE 05
TOTAL
D1SCAPACIDAD
MENTAL 'NUM %F
%C121 40.3 .
4.8517 46.0
20.5771 56.1
30:6484 45.7
19.2381 14.3
15.131 2.5
1.2209 -36.7 •
.8.3 .2514 30.3 .
100.0
VISUALNUM %F
%C19 6.3 .
2.364 5.7
7.988 6.4
5:8
71 6.78.8
316 11.839.2
179 14.5 '22.2
69 12.1.8.5 .
806 9.7100.0
AUDITIVANUM %F
%C30 10.0
1.8255 23.0
15.4' 282 20.5
17.0. 289 27.3
17.0 .61 1 22.9
37.0133 10.8 '
8.051 -8.9
3.0 .1651 19.9
100.0
FÍSICANUM %F
%C127 42.3
3.8268 24.1
&.1228 16.6
6.9-211 19.9
6.41350 50.7
41.0882 71 .7
26.7226 - 39.7
• 6.83292 39.7
100.0
TOTALNUM %F
%C .300 100.0
3.71108 100.0
13.31372 100:0 '
16.51D57 100.0
12.72661 100.0
32.11229 100.0 '
143 '568 100.0 •
-6.88274 100.0
100.0
CUADRO 1.4 Edad de las personas discapacitadas
%F: Porcentaje en las filas
%C: •Porcentaje en las columnas
Del cuadro 1.2 se observa que la discapacidad física es la más
preponderante (3292 casos] cuyo origen se debe principalmente a enfermedades,
herencia congénita, accidentes de tránsito y de trabajo.
Los cuadros 1.3 y 1.4 permiten conocer que las personas con un grado entre
el 50% y el 75% de discapacidad física y cuyas edades oscilan entre los 18 y 65 años
son aproximadamente 1160; este número de personas representa los potenciales
beneficiarios de la ayuda técnica que permita su movilidad autónoma a través del
uso de un automóvil ortopédico desarrolado en el país.
Si bien el número de personas respecto a toda la población ecuatoriana no
es muy representativo, no es menos cierto-que todas las personas merecen el mismo
16
grado de oportunidades para desarrollarse en los campos laboral, social,
económico, educativo, deportivo, etc. y a esto también se debe la importancia
que tiene el tema desarrollado en esta tesis.
17
CAPITULO II
DESCRIPCIÓN DEL FUNCIONAMIENTO GENERAL
DEL SISTEMA PROPUESTO
Para una persona en plenitud de sus condiciones físicas y que conduce un
automóvil estándar, las acciones de acelerar, frenar y embragar se reducen a
presionar los pedales respectivos con las extremidades inferiores, donde el pie
derecho se encarga del acelerador y freno mientras que el pie izquierdo del
embrague. Sin embargo, dichas acciones se realizan cumpliendo una adecuada
coordinación dependiendo del resultado que se quiera conseguir en el vehículo.
Cuando el vehículo está detenido y se desea ponerlo en movimiento es
necesario acelerar a la vez que se debe soltar lentamente el pedal del embrague
para que el movimiento del vehículo no sea brusco, todo esto claro está
colocando previamente la marcha adecuada; de igual manera, cuando se pisa
a fondo el pedal del freno es necesario presionar el pedal del embrague para que
el motor no se cale, que no es sino el apagado indebido del motor.
Así mismo, para realizar un cambio de marcha cuando el vehículo está en
movimiento, es necesario soltar el pedal del acelerador y presionar el pedal del
embrague e inmediatamente realizar el cambio de marcha para luego soltar el
pedal del embrague y presionar el del acelerador.
Lo anotado anteriormente acerca de la operación de los pedales del
vehículo así como su coordinación para realizar ciertas tareas fue la base para
tomar la decisión de utilizar dos microcontroladores en el sistema propuesto. El
microcontrolador es el encargado de dar la orden para que se produzca ya sea,
18
la aceleración, desaceleración, frenado, desfrenado, embrague y desembrague,
que "en el caso de estar controladas por un solo microcontrolador y de acuerdo a
la estructura del sistema de control implementado provocaría problemas como los
suscitados en los diferentes ensayos realizados con el fin de conseguir el uso de un
solo microcontrolador, especialmente en las tareas que requieren la coordinación
de dos acciones (acelerador-embrague, freno-embrague) que se mencionan
anteriormente, ya que el microcontrolador está supeditado a terminar una tarea
(por ejemplo acelerar) para luego realizar otra tarea (por ejemplo embragar).
El control de la aceleración y frenado del vehículo se hace por medio del
un microcontrolador, mientras que el control del embrague se realiza con el otro
microcontrolador. La razón principal para esta elección es que el acelerador y el
freno no requieren de una coordinación en su funcionamiento, pues como se
indicó, el pie derecho es el encargado de presionar el pedal del acelerador o el
pedal del freno pero no los dos al mismo instante.
El microcontrolador que se utiliza es el 8751 de Intel, y se debe
principalmente al hecho de que se lo puede conseguir fácilmente en el mercado
local, además de que su uso es muy familiar por el hecho de que existe el módulo
de control llamado MICROLAB basado en este tipo de microcontrolador y que se
lo utiliza en las prácticas de Control con Microprocesadores en la Facultad de
Ingeniería Eléctrica de la Escuela Politécnica Nacional.
Además, el equipo desarrollado está dirigido hacia personas con
deficiencia motriz en sus extremidades inferiores, por lo tanto el control del
acelerador, freno y embrague se realiza a través de tres botones manejados con
las manos, estos botones son la interfaz entre el usuario y el sistema de control;
19
mientras se vaya presionando el botón respectivo se consigue la aceleración,
frenado o desembrague del vehículo, así mismo al soltar el botón se consigue la
desaceleración, desfrenado o embrague del vehículo.
E! sistema de control cuenta básicamente con: una interfaz usuario-sistema
de control (botones de mando); cuatro tarjetas electrónicas, tres correspondientes
al circuito de control y la restante correspondiente al circuito de potencia; tres
motores DC; un conjunto de leds para visualizar las funciones que se ejecutan en
el equipo de control; la parte correspondiente al sistema mecánico, el que
cuenta a su vez con ciertas partes de un automóvil sobre las que se va a actuar
para probar el funcionamiento del equipo.
Una característica que se tomó en cuenta para el diseño y la
implementación del equipo es que e! sistema debía ser lo más
independientemente posible del tipo de automóvil en el que pueda realizarse su
montaje, y sea más bien elección del usuario el tipo de vehículo que utilizará;
dicho vehículo debe contar básicamente con un sistema de carburador y una
caja de cambios manual que en el mercado nacional es muy común encontrarlo
y dependiendo de la marca y modelo puede ser accesible a una u otra persona.
Además, por la forma en la que se realiza el control del acelerador, freno y
embrague, el sistema permite que el vehículo pueda ser conducido tanto por una
persona sin discapacidad haciendo uso de los pedales convencionales, como por
una persona discapacitada a través del control implementado, sin que tenga que
realizarse ningún cambio complicado.
20
2.1 Descripción del funcionamiento del sistema de control del acelerador
A continuación se muestra en la figura 2.1, el diagrama de bloques de las
partes principales que conforman el sistema de control.
UNIDAD DE CONTROLSISTEMA MECÁNICO
BOTÓN DELACELERADOR
CONTROL
POTENCIA
MOTOR DC
SEÑAL DE REALIMENTACION
Figura 2.1 Diagrama de bloques de las principales partes
que conforman el sistema de control del acelerador
Para conseguir la aceleración y desaceleración del vehículo el usuario
tiene que manipular únicamente un botón de mando (botón del acelerador),
como se muestra en la figura 2.2.
21
Rgura 2.2 Manipulación del botón acelerador
A partir de la figura 2.1 se tiene que, de acuerdo a la presión que se ejerza
en el botón del acelerador se genera una señal la cual ingresa a la unidad de
control, dicha unidad de control está conformada por el circuito de control y el
circuito de potencia. La señal que ingresa se digitaliza para que pueda ser
procesada por el microcontrolador, que es el corazón del circuito de control. En
base al programa implementado en el microcontrolador, la señal digitalizada se
convierte en una señal de referencia para el control de posición del motor DC.
Una vez que se tiene la señal de referencia, el microcontrolador determina
el sentido en el que debe girar el motor DC, para lo cual proporciona una señal
de habilitación al circuito de potencia para así suministrar la alimentación al
motor DC, el cual actuará sobre el sistema mecánico para conseguir la
aceleración o desaceleración del vehículo.
El sistema mecánico consta de dos partes: el accionamiento mecánico y
el carburador. El accionamiento mecánico actúa sobre el carburador en
respuesta a la operación del motor DC en cualquiera de sus dos sentidos de giro.
Dicho accionamiento está conformado básicamente por un cable de similares
características al utilizado en el acelerador convencional, donde el un extremo
22
está sujeto al eje del motor mientras que el otro actúa sobre el carburador.
El control implementado actúa sobre el carburador, ya que este dispositivo
mecánico es el medio a través del cual el conductor logra conseguir la
aceleración o desaceleración del vehículo.
En el carburador se halla montado el sensor de posición que envía la señal
de realimentación a la unidad de control para su evaluación y comparación con
la señal de referencia.
El sistema de control ¡mplementado cuenta con un conjunto de leds que
se encienden o apagan proporcionalmente de acuerdo al nivel de aceleración
que se vaya alcanzando en el vehículo.
La descripción detallada del diseño y' construcción del control para el
acelerador se encuentra en el capítulo III.
2.2 Descripción del funcionamiento del sistema de control del freno
El sistema para el control del freno se halla formado por: un botón de
mando (botón del freno), la unidad de control, un motor DC, el sistema mecánico
y el circuito de realimentación, como se muestra en el diagrama de bloques de la
figura 2.3.
Para conseguir el frenado y desfrenado del vehículo, el usuario debe
presionar o soltar, según sea el caso, el botón de freno. Al realizar esta acción se
genera una señal que ingresa a la unidad de control la cual está formada por el
23
UNIDAD DE CONTROLSISTEMA MECÁNICO
BOTÓN DELFRENO
CONTROL
POTENCIA
MOTOR DC
OACCIONAMIENTO
MECÁNICO
SEÑAL DE REALIMENTACION
Rgura 2.3 Diagrama de bloques de las principales partes
que conforman el sistema de control del freno
circuito de control y el circuito de potencia. La señal que ingresa se digitaliza para
procesarse en el microcontrolador, y en base al programa de control se convierte
en una señal de referencia.
Con la señal de referencia el microcontrolador proporciona una señal de
habilitación al circuito de potencia para conseguir el giro del motor DC en un
sentido específico, para de esta manera actuar a su vez sobre el sistema
mecánico.
El sistema mecánico consta esencialmente de: el accionamiento
mecánico y el pedal del freno. Este accionamiento mecánico actúa sobre el
pedal del freno y es un cable de acero igual al utilizado para el caso del
acelerador, donde el un extremo está sujeto al eje del motor DC mientras que el
otro extremo está sujeto al pedal del freno para conseguir así su desplazamiento.
24
Para el caso del freno, el control implementado actúa sobre el pedal
básicamente porque a partir de este elemento en adelante, los diseñadores y
fabricantes de vehículos han desarrollado un complejo sistema para conseguir un
frenado eficiente y seguro de las ruedas del automóvil.
En el pedal del freno se encuentra el sensor de posición que envía una
señal de realimentación a la unidad de control para que siendo comparada con
la señal de referencia, se proceda a controlar la posición del pedal.
Adicionalmente, el sistema cuenta con un conjunto de leds que se
encienden y apagan de acuerdo a la posición que vaya alcanzando el pedal
del freno.
El detalle del diseño y la construcción del control para el freno se halla en
el capítulo IV.
2.3 Descripción del funcionamiento del sistema de control del embrague
El sistema de control del embrague está conformado al igual que en los
dos casos anteriores por: un botón de control (botón embrague), la unidad de
control, un motor DC, el sistema mecánico y el circuito de realimentación, como
se muestra en el diagrama de bloques de la figura 2.4.
25
UNIDAD DE CONTROLSISTEMA MECÁNICO
BOTÓN DELEMBRAGUE
CONTROL
POTENCIA
MOTOR DC
OACCIONAMIENTO
MECÁNICO
SEÑAL DE REALIMENTACION
Rgura 2.4 Diagrama de bloques de las principales partes
que conforman el sistema de control del embrague
Al igual que en el caso del control del acelerador y el freno, el control del
embrague se realiza a través de un botón, por medio de esta acción se envía una
señal hacia la unidad de control. La señal que ingresa a la unidad de control se
digitaliza para que se procese en el microcontrolador, y para de esta manera
obtener un señal de referencia en base al programa de control grabado en su
memoria.
Una vez que el microcontrolador tiene la señal de referencia, envía una
señal de habilitación al circuito de potencia para conseguir el giro del motor DC
en un sentido específico, y así actuar sobre el sistema mecánico.
El sistema mecánico está conformado básicamente por: el accionamiento
mecánico y la palanca del sistema de embrague. El accionamiento mecánico
actúa sobre la palanca del sistema del embrague, y para este caso, dicho
26
accionamiento es hidráulico, el mismo que es accionado por una tuerca que se
desplaza linealmente con el giro del motor DC. El uso de la bomba hidráulica
permite aumentar la fuerza ejercida por la tuerca, para de esta manera conseguir
el desplazamiento de la palanca del embrague.
Para el caso del embrague, se actúa sobre su palanca ya que es muy
accesible a pesar de que, para conseguir su desplazamiento es necesario ejercer
una gran fuerza.
En la palanca del embrague se tiene el sensor de posición que envía una
señal de realimentación a la unidad de control para que sea comparada con la
señal de referencia y de esta manera controlar el desplazamiento de la palanca
del embrague.
Al igual que para el control del acelerador y freno, el sistema cuenta con
un conjunto de leds que se encienden y apagan de acuerdo a la posición que
alcanza la palanca del embrague.
El detalle del diseño y la construcción del sistema de control para el
embrague se encuentra en el capítulo V.
2.4 Descripción del funcionamiento del sistema de emergencia
Es importante que el equipo cuente con un sistema de emergencia, el cual
actúa en el caso de una falla que pudiera darse en el circuito de control o en el
circuito de potencia.
27
En la figura 2.5 se muestra el diagrama de bloques del sistema de
emergencia.
PULSADOR ,— / ..... ._DE L""7"
EMERGENCIA [
1
?ruACELERADOR
?ruFRENO
?rU
^
CIRCUITO
DE
CONTROL
FIN DECARRERA
V V
I/
\O
K
CIRCUITO
POTENCIA
(RELÉS)
EMBRAGUE
^XV-^_y^
QT^TP\/f A \/fPPAXTTr>O
DEL ACELERADOR
FIN DECARRERA
JXJ^
-U^_r— i
SISTEMA MECÁNICODEL FRENO
SISTEMA MECÁNICODEL EMBRAGUE
Figura 2.5 Diagrama de bloques del sistema de emergencia
Como se puede observar en esta figura, al presionar el pulsador de
emergencia que es de retención se actúa sobre el contacto K para desacoplar
completamente el circuito de control del circuito de potencia, al mismo tiempo se
alimenta a los motores DC que accionan el acelerador y el freno a través de
contactos de relés que se hallan en el circuito de potencia. Por otro lado el motor
que acciona el embrague se deshabilita totalmente porque en una situación de
emergencia lo que se desea es que el vehículo se detenga inmediatamente y
para esto el embrague no tiene incidencia.
28
Para el caso del acelerador, el motor se alimenta de tal manera que gire
en "el sentido que permita al accionamiento mecánico conseguir la
desaceleración del vehículo. De igual manera se procede para el treno, con la
diferencia de que el giro del motor debe provocar a través del accionamiento
mecánico el frenado.
Como el circuito de control de halla desacoplado eléctricamente, las
señales que envíen los circuitos de realimentación no tendrían ningún objeto, por
ello se utilizan interruptores de fin de carrera para detectar que se haya
alcanzado tanto la desaceleración completa como el desplazamiento a fondo
del pedal del freno y una vez que se consiga esto se apagan los motores
respectivos.
Al presionarse una vez el pulsador con retención, tanto los botones de
control (botón del acelerador, botón del freno y botón del embrague) así como el
circuito de control no tendrán ninguna acción sobre los accionamientos que
realizan la aceleración, frenado y embrague, por lo cual es necesario volver a
presionar el pulsador para retomar nuevamente el control a través de los botones
mencionados.
2.5 Descripción del funcionamiento del sistema de vigilancia del microcontrolador
(Watch Dog Timer)
El watch dog timer es un sistema encargado de supervisar el correcto
funcionamiento del microcontrolador. En algunos tipos de microcontroladores este
sistema ya viene incluido como parte de su circuitería para ser manejado como
un registro más. Sin embargo, para el caso del 8751 esta opción no está disponible
por lo que se hace necesario ¡mplementarla mediante un circuito extemo, con un
29
temporizador que provoca el reseteo del microcontrolador en el caso de que se
"cuelgue", esto último puede deberse a la presencia de una señal
electromagnética o a la temperatura a la que se encuentra trabajando.
El sistema funciona de la siguiente manera, el microcontrolador contiene
en su memoria el programa a ejecutarse el cual está formado por tres bloques:
inicialización, programa de control e interrupciones - subrutinas, como se muestra
en el figura 2.6. Como parte del programa de control se colocan instrucciones que
habilitan y deshabilitan al circuito del watch dog timer.
Si el microcontrolador no se ha colgado, el programa de control se ejecuta
continuamente haciendo que el watch dog timer se habilite y deshabilite sin darle
oportunidad de que genere el pulso para resetear al micro.
PROGRAMA DEL
MICROCONTROLADOR
/
V
INICLALIZACION
PROGRAMA
DE
CONTROL
INTERRUPCIONES YSUBRUTINAS
j
1
Figura 2.6 Bloques que conforman el programa grabado
en la memoria del microcontrolador
En el caso de colgarse el microcontrolador el circuito del watch dog timer
queda habilitado, por lo cual este genera un pulso que lo resetea para restablecer
30
su funcionamiento.
2.6 Descripción del programa de control
Como se mencionó, el circuito de control está conformado por dos
mlcrocontroladores como elementos principales. Por esta razón se tienen dos
programas, uno grabado en el micro encargado del control de la aceleración y
freno, mientras que el otro está grabado en el micro que controla el embrague. Sin
embargo, su estructura es semejante por lo que, la descripción que se realiza a
continuación acerca de los bloques que conforman dichos programas así como
sus tareas sirven tanto para el un micro como para el otro.
Primer b/oque: Iníciaüzación
Dentro de este bloque se realizan las siguientes tareas:
- Definir y direccionar en la memoria todas las etiquetas que se utilizan en el
programa.
- Configurar los registros para habilitar las interrupciones.
- Detectar el tipo de reseteo en caso de producirse, ya que puede tenerse un
reseteo manual (ocasionado por el usuario) o un reseteo producido por el
watch dog timer.
- Si se trata de un reseteo manual, el circuito de control habilita el circuito de
potencia de tal manera que el acelerador, freno y embrague se ubiquen en su
posición de origen.
31
- Limpiar las localidades de memoria que se utilizan en el programa así como las
banderas utilizadas, cuando no ocurre el reseteo del watch dog timer.
Segundo bloque: Programa de control
Es el bloque fundamental, y se ejecuta continuamente. Las tareas que
realiza son:
- Leer los datos enviados desde los botones de control.
- Obtener una señal de referencia en base a las lecturas realizadas.
- Activar el circuito de potencia correspondiente al control del acelerador, freno
o embrague, en caso de haberse manipulado el botón de control.
- Esperar por las señales de realimentación enviadas desde los sensores de
posición, en el caso de que se encuentre activado el circuito de potencia, por
medio de la interrupción.
- Generar las señales para habilitar y deshabilitar el circuito del watch dog timer.
Tercer bloque: Interrupciones y subrutinas
Al producirse el llamado a una Interrupción, esta puede realizar las
siguientes tareas:
32
- Recibir las señales de realimentación desde los sensores de posición para
comparar con la señal de referencia y en base a esta información decidir si el
circuito de potencia debe o no continuar habilitado.
- Realizar el encendido y apagado proporcional de leds que muestran la
posición que se alcanza en la aceleración, freno o embrague.
- Corregir errores que puedan producirse en el desplazamiento de la palanca del
carburador, el pedal del freno o en la palanca del embrague.
En el programa de control se realiza el llamado a las subrutinas, cuya tarea
es:
- Generar retardos de tiempo que se utilizan en el programa.
33
CAPITULO I I I
CONTROL DEL ACELERADOR
3.1 Introducción
Para todos es conocido que para acelerar o desacelerar un vehículo el
conductor manipula el pedal correspondiente, pero en realidad lo que se realiza
es una manipulación indirecta sobre la cantidad de combustible que se suministra
al motor para su funcionamiento. En la actualidad existen dos formas para
proporcionar la cantidad adecuada de combustible al motor: el sistema de
carburador y el sistema de inyección.
En el mercado nacional existe una gran cantidad de vehículos que utilizan
el sistema de carburador, por ello, a continuación se realiza una descripción
acerca de su principio de funcionamiento así como de las partes fundamentales
que lo conforman.
3.1.1 Principio de funcionamiento del carburador
Un vehículo tiene como elemento fundamental un motor de combustión
interna. Este tipo de motores son máquinas que tienen por objeto convertir la
energía calorífica que contienen los combustibles en energía mecánica.
Para obtener la conversión energética (energía calorífica-energía
mecánica) es necesaria una combustión para la cual se requiere una adecuada
mezcla del aire con la gasolina. Los resultados de análisis químicos referentes al
34
tema, han determinado que una apropiada combustión requiere de una mezcla
de aire con gasolina en una proporción de 15 unidades en peso de aire con una
unidad en peso de gasolina; esto último se conoce como dosificación a y
dependiendo de su valor se pueden tener: mezclas ricas, donde el peso del aire
disminuye con respecto a la gasolina (relaciones 14, 13, 12), y mezclas pobres,
donde el peso del aire aumenta con respecto a la gasolina (relaciones 16,17, 18).
De lo anotado anteriormente el motor requeriría de una dosificación a=15
para realizar una adecuada combustión; sin embargo, en un vehículo es
necesario variar el valor de la dosificación para tener mezclas ricas y mezclas
pobres dependiendo de las condiciones de funcionamiento que se requieran en
el motor. Así, las mezclas ricas son necesarias para:
- Arrancar el motor.
- Acelerar el motor.
- Pedir al motor la máxima potencia.
Por otro lado, las mezclas pobres son deseables para:
- Mantener el motor, a velocidad constante.
- Desacelerar y/o frenar.
- Consumir la menor cantidad de combustible.
No obstante, el motor de un automóvil para poder funcionar con eficacia
requiere de una variación en el valor de la dosificación dentro de un intervalo
relativamente pequeño de relaciones aire/combustible por lo que, el objetivo
principal del carburador es suministrar el combustible en proporciones exactas
35
respecto del aire que circula hacia el motor de manera que se mantenga una
relación óptima aire/combustible en cualquier condición de funcionamiento, caso
contrario se producirían mezclas demasiado ricas las cuales generan un consumo
elevado de combustible aumentado así la cantidad de emisiones contaminantes;
o mezclas demasiado pobres que harían que el motor suministre poca potencia y
su rendimiento sea malo.
Todos los carburadores funcionan bajo el principio básico de la diferencia
de presiones. En el motor, a medida que un pistón se desplaza hacia abajo para
realizar la compresión se crea un vacío en el cilindro. A medida que aumenta el
vacío se produce la diferencia de presión entre el cilindro y el carburador, como
éste último se encuentra posicionado de manera que exista alta presión encima
de él (presión atmosférica) y baja presión por debajo del mismo (vacío generado
en el cilindro), se provoca la aspiración del aire a través del carburador, como se
muestra en la figura 3.1.
CARBURADOR
\
Figura 3.1 Aspiración del aire a través del carburador
36
Una característica importante que se debe mencionar en cuanto a la
mezcla aire/combustible es que la gasolina debe ser fraccionada (pulverizada,
atomizada) en pequeñas partículas de manera que puedan mezclarse con mayor
facilidad con el aire para conseguir un flujo uniforme de la mezcla y favorecer así
la combustión.
En la figura 3.2a se muestra el principio del pulverizador en el carburador.
Debido a la corriente de aire que pasa por el tubo 1, llamado difusor, se produce
un vacío en el tubo 2, denominado surtidor, haciendo que el combustible
ascienda por éste hasta el orificio para que la fuerte presión del aire que circula
por el difusor lo pulverice mezclándolo con las partículas de aire.
3.2a 3.2b
Rgura 3.2 a) Principio del pulverizador en un carburador
b) Posición del surtidor en el tubo de paso de aire
Con el fin de aumentar el poder de succión así como también mejorar la
pulverización, el tubo 2 se halla colocado en un estrechamiento del tubo de paso
de aire como se muestra en la figura 3.2b. La región más estrecha del difusor se
llama venturi y por esta parte el aire aumenta su velocidad puesto que la
cantidad de aire que ha de circular es la misma que por la parte ancha del
37
difusor, lográndose así una pulverización más fina del combustible.
Un carburador elemental debe contar con dispositivos adicionales al
difusor y surtidor que permitan realizar la mezcla adecuada que requiera el motor.
Los principales dispositivos con los que cuenta el carburador elemental permiten:
mantener el nivel constante del combustible en el carburador, regular la cantidad
de mezcla que entra al motor, cubrir la demanda de combustible en una
aceleración brusca, proporcionar la mezcla adecuada cuando el motor se
encuentra a baja velocidad y en el arranque.
En la figura 3.3 se presenta el sencillo mecanismo para mantener el nivel
constante de combustible en el orificio del surtidor de un carburador. Para que el
aire produzca la succión de la gasolina es necesario que su nivel esté por debajo
del orificio del surtidor; además el nivel debe ser constante independientemente
del estado de la capacidad del depósito donde se guarda el combustible.
OE LABOMBA DECOMBUSTIBLE
VÁLVULADE AGUJA
CUBETAFLOTADOR
Figura 3.3 Carburador con flotador para mantener el nivel constante
El sistema funciona de la siguiente manera: en el momento en que el nivel
desciende por haberse pulverizado el combustible en el orificio del surtidor, el
38
flotador desciende y suelta la válvula de aguja permitiendo el paso de la gasolina
hasta que el nivel del líquido queda restablecido puesto que al subir la boya la
válvula de aguja vuelve a tapar el orificio de entrada de la gasolina. Este
mecanismo se acciona con gran suavidad de modo que el nivel se mantenga
constante en forma automática.
Por otro lado, el medio para regular la cantidad de mezcla
aire/combustible que entra en el motor es a través de una válvula llamada
mariposa, la cual se halla entre el difusor y el motor, tal como se muestra en la
figura 3.4. A medida que se abre la válvula mariposa se va incrementando
también la corriente de aire a través del difusor, siendo dicha corriente mas o
menos proporcional a la cantidad de gasolina que se succiona del surtidor,
lográndose de esta manera la graduación de la cantidad de la mezcla.
VÁLVULAMARIPOSA
Figura 3.4 Válvula mariposa
En la figura 3.5 se muestra la forma como varía tanto el valor de la
dosificación a así como la potencia obtenida en un vehículo, al abrir
progresivamente la válvula mariposa.
39
cv
50
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1> r*. •*•>£- Dosificación14 Cí'
16
' 1 2 3 -4 S 6 r.p.m.xlJOOO
RÉGIMEN DEL MOTOR Y VELOCIDAD DEL VEHÍCULO
Figura 3.5 Variación de la dosificación y potencia de acuerdo
con una progresiva apertura de la mariposa
Otro dispositivo importante que forma parte del carburador es la bomba
de aceleración. Al acelerar un motor de golpe, como en el caso de querer
rebasar a otro vehículo, o al acelerar el automóvil para cambiar de marcha, la
mariposa se abre bruscamente lo que origina una abundante entrada de aire,
pero como las leyes que rigen el paso de líquidos por un tubo y las que rigen el
paso de un cuerpo gaseoso son diferentes, se origina una respuesta lenta en el
flujo de la gasolina empobreciéndose .así la mezcla, cuando lo que se desea es
lo contrario, este defecto se salva añadiendo la bomba de aceleración, como se
muestra en la figura 3.6.
40
ARTICULACIÓNDE LA BOMBA
MUELLE DEQU RACIÓN
1POZODE LA
BOMBA
VÁLVULA1
ANTIRRETORNOIDE DESCARA
OE ADMrSIOPJ
Rgura 3.6 Bomba de aceleración
A partir de la figura 3.6 se observa que al abrir la válvula mariposa que se
conecta a su vez con una varilla a la articulación de la bomba, la palanca de la
bomba empuja el émbolo hacia abajo a lo largo de un cilindro que contiene
gasolina, de esta manera se impulsa el combustible adicional hacia el difusor de
modo que el aire lo atomiza y se enriquece la mezcla.
Cuando la bomba vuelve a subir al aflojarse el acelerador por parte del
conductor del vehículo, el cilindro que contiene el émbolo se llena a través de la
válvula antiretorno, quedando la bomba de aceleración lista para un nuevo
accionamiento.
Otra función que debe controlar el carburador, es la mezcla cuando el
motor se halla a baja velocidad, también conocida como velocidad de ralentí.
Cuando el motor gira a baja velocidad, la válvula mariposa se halla casi cerrada
por cuya razón el paso de aire es muy pequeño e insuficiente para hacer fluir la
gasolina del surtidor principal, por lo tanto para mantener el motor al mínimo de
41
revoluciones es necesario añadir otro circuito de gasolina con un nuevo y
adecuado surtidor, lo cual constituye el llamado circuito de marcha lenta o
circuito de ralentí.
En la figura 3.7 se muestra un esquema del circuito de marcha lenta. Este
circuito cuenta con dos surtidores (A y B), en el caso del giro del motor a ralentí, la
válvula mariposa está cerrada por lo que la succión de combustible se realiza en
el surtidor B, con el fin de mantener al motor girando a bajas revoluciones.
Figura 3.7 Circuito de ralentí
En el momento del paso del motor desde el funcionamiento a ralentí hasta
el funcionamiento normal (acción que se consigue con la apertura de la válvula
mariposa), la entrada de mezcla desde el circuito de ralentí es insuficiente para
el motor pero a su vez el surtidor principal todavía no empieza a funcionar debido
a la escasa velocidad con que se inicia la entrada de aire por el cuerpo del
carburador. A fin de evitar este tiempo muerto y para que el paso del suministro
de combustible del surtidor B al surtidor principal se produzca con el máximo de
suavidad, inapreciable en el funcionamiento del motor, se utiliza el surtidor A.
42
Un inconveniente con el que se enfrenta el carburador elemental es en el
momento del arranque, porque el motor requiere la mezcla de mayor riqueza.
Para ello, el carburador cuenta con otra válvula colocada a la entrada de la
torna de aire, llamada estranguladora, como se muestra en la figura 3.8. Cuando
el motor se encuentra funcionando normalmente esta válvula permanece abierta
completamente, pero en el momento del arranque debe ser accionada de modo
que obstaculice el paso del aire generando un vacío relativamente elevado en el
difusor por lo que el surtidor principal descarga una fuerte comente de
combustible enriqueciendo la mezcla necesaria para el arranque del motor. La
válvula puede accionarse manualmente por medio de una palanca colocada en
el tablero de instrumentos del vehículo, o automáticamente a través de un
termostato el cual sensa la temperatura del motor para de esta manera accionar
la válvula del estrangulador en el caso de un arranque en frío.
VÁLVULAESTHAH GUIADORA
Figura 3.8 Válvula estranguladora para el arranque del motor
Los dispositivos mecánicos antes mencionados son los principales
elementos que conforman el carburador elemental, y dependiendo del fabricante
estos varían en su forma, ubicación, construcción y modo de accionamiento. Sin
43
embargo, los fabricantes de carburadores han añadido más elementos con el fin
de proporcionar al motor la mezcla más adecuada tanto en calidad como en
cantidad para de esta manera obtener mayor potencia en el motor, conseguir
mayor ahorro de combustible, disminuir la contaminación ambiental, etc.
Como el carburador es un sistema mecánico cuyo funcionamiento puede
alterarse incluso por las condiciones ambientales en las que se encuentra el
vehículo como son temperatura y presión atmosférica, cuenta con elementos que
permiten su calibración apropiada en el caso de que no suministre la mezcla
adecuada al motor, tal como se muestra en la figura 3.9.
1. caIB>re principal 2- aguja de regulación3. calibre de ralentf 4. surtidor principal5. surtidor de r*lentí (.tornillo deregulación de ralentí
Figura 3.9 Elementos para calibrar el carburador
Resumiendo todo lo dicho anteriormente se establece que un carburador
debe reunir las siguientes características:
- Ser capaz de proporcionar una pulverización de la gasolina de modo que ésta
se mezcle lo más perfectamente posible con el aire.
44
- Mantener la dosificación correcta (a=15) cuando el pedal se mantenga fijo o se
mueva lentamente.
- Proporcionar una mezcla pobre (a=16,17) para ahorrar combustible cuando las
ruedas arrastran el motor.
- Proporcionar una mezcla rica (a=l 1, 12) en las aceleraciones bruscas y al exigir
al motor la máxima potencia.
- Disponer de un mecanismo que facilite el arranque en frío proporcionando una
mezcla rica.
- Disponer de un circuito que permita la marcha lenta, para que el motor pueda
girar a las mínimas revoluciones posibles.
- Llevar un mecanismo de regulación para compensar los efectos del aire poco
denso o demasiado denso, es decir, poder regular la desproporción de la
mezcla en sitios altos, así como también compensar las diferentes temperaturas
de invierno y verano.
- Conseguir la máxima simplicidad posible para hacer que sean fáciles los
reglajes y sus reparaciones, sobre todo las tareas de limpieza y cambio de los
surtidores de regulación.
- Fácil accesibilidad para montar y desmontar el carburador.
45
3.2 Alternativa propuesta
Tomando como base la descripción realizada acerca de las partes
elementales que conforman el carburador, se tomó la decisión de realizar el
control de la aceleración utilizando el mismo medio que el pedal convencional,
por ello se eligió la palanca móvil del carburador, la cual se ilustra en la figura
3.10.
PALANCA DEL
CARBURADOR
Rgura 3.10 Palanca móvil de un carburador
La elección se debe principalmente a que esta palanca es muy semejante
y accesible en todas las marcas y tipos de carburadores, inclusive en aquellos
vehículos de inyección electrónica, además de que es el único medio que
permite regular externamente la cantidad necesaria de mezcla aire/combustible
para conseguir en el automóvil la aceleración más adecuada.
El desplazamiento de la palanca se realiza por intervalos, los cuales no son
46
muy finos, ya que cuando un conductor requiere un pequeño incremento en la
aceleración del vehículo, el desplazamiento que realiza en el pedal y por ende
en la palanca antes mencionada, tampoco es fino.
Para conseguir que la palanca realice los desplazamientos angulares se
utiliza un motor eléctrico el cual debe girar en cualquiera de los dos sentidos, para
obtener así, tanto la aceleración como la desaceleración.
El control sobre el motor, tanto en su sentido de giro como en el
desplazamiento que realice su eje es electrónico, para lo cual se utiliza un
microcontrolador como elemento de control fundamental. Para el
accionamiento del control del acelerador se cuenta con un botón para que
reemplace la acción del pedal convencional.
3.3 Diseño y construcción de! sistema de control del acelerador
El propósito del sistema de control es permitir la manipulación tanto de la
aceleración como de la desaceleración de un vehículo utilizando un sistema
electromecánico, por lo tanto, resulta claro que el sistema está constituido de las
siguientes partes:
1. El sistema mecánico
2. El sistema de control electrónico.
3. El programa de control.
47
A continuación se presenta en la figura 3.11, un diagrama del sistema de
control del acelerador:
Botón demando
Carburador
Palanca de
aceleración
Lectura de
Dosición
Rgura 3.11 Diagrama de bloques del sistema de control
Una vez indicadas las partes que conforman el sistema de control se
procede a detallar el diseño del sistema mecánico y del sistema de control
electrónico. La parte correspondiente al programa de control se detalla en el
capítulo IV, ya que el mismo controla tanto el acelerador como el freno.
3.3.1 Diseño del sistema mecánico
En la alternativa planteada se indicó que el desplazamiento de la palanca
móvil del carburador se realiza por medio de un motor eléctrico, el cual por
razones mecánicas en cuanto a facilidad de montaje, espacio disponible y
seguridad, no puede ser acoplado directamente al carburador, por lo que la
implementación debe realizarse en un sitio muy accesible para que no interfiera
con el funcionamiento de las partes mecánicas del vehículo, además de que el
sitio seleccionado debe facilitar el montaje del sistema de control implementado
para su mantenimiento tanto preventivo como correctivo, si fuera el caso.
48
Como el motor se encuentra alejado del objeto cuya posición se desea
controlar, es necesario utilizar un medio a través del cual se pueda conseguir el
movimiento de la palanca del carburador una vez que el motor se encuentre
girando. Para superar este inconveniente se hace uso de un cable de similares
características al utilizado en el acelerador convencional, para lo cual el un
extremo se acopla al eje del motor a través de una polea mientras que el otro
extremo se sujeta en la palanca del carburador.
Por la no disponibilidad de un vehículo, se decidió hacer uso solamente de
un carburador desmontado. Por lo tanto, el conjunto de elementos mecánicos
utilizados con la finalidad de reemplazar el pedal convencional para conseguir la
aceleración de un vehículo, son los siguientes:
• Un motor de comente continua.
• Un eje auxiliar para el motor DC.
• Soportes metálicos
• Una polea de aluminio.
• Un cable de acero.
• Un carburador.
• Base metálica para el ensamblaje.
Ya que el motor utilizado no cuenta con un eje apropiado en el que
pueda montarse la polea, fue necesario implementar el eje auxiliar para
acoplarse al motor, el cual se ilustra en la figura 3.12.
49
Eje0=0.9cm
Motor DC
3.12a
0.9cm
I,5cm
-I0.9cm
0.9cm
3.12b
Figura 3.12 a) Eje del motor DC.
b) Eje auxiliar para montar la polea.
El eje auxiliar tiene una longitud adecuada para facilitar el montaje de la
polea, y se sujeta fuertemente al motor por medio de un pasador roscado. Por
otro lado, el material del que está hecha la polea es liviano para disminuir la
inercia rotacional y con ello facilitar el control de posición, por ello se utiliza una
polea de aluminio, la cual se sujeta al eje auxiliar por medio de un pasador. La
elección del radio de la polea se encuentra en el numeral 3.3.2.3.1
El montaje de la parte mecánica se realiza sobre una base metálica, tal
como se muestra en la figura 3.13, para de esta manera poder realizar el control
del aceleración.
50
Figura 3.13 Módulo mecánico
Un punto que se tomó en cuenta para diseñar el sistema mecánico es que, a
pesar de realizarse las adaptaciones mecánicas necesarias en el vehículo, éste
debe poseer la característica de permitir la aceleración del automóvil tanto desde
el pedal como desde el sistema de control electrónico ¡mplementado, por lo que se
sugiere hacer una adaptación mecánica como la de la figura 3.14, que tiene la
forma de una "T" para conseguir así el desplazamiento de la palanca del
carburador, ya sea a través del cable controlado por el motor DC o el cable
controlado por el pedal.
51
A la palanca del carburador
Cavidad para
asegurar el cable
desde el pedal
I
Cavidad para
asegurar el cable
Figura 3.14 Adaptación mecánica para el desplazamiento de la palanca
del carburador desde dos sitios diferentes
3.3.2 Diseño del sistema de control electrónico
El sistema de control electrónico está formado tanto por el circuito de
control como por el circuito de potencia, los mismos que requieren de una fuente
de alimentación para energizar los elementos que utilizan cada uno de ellos.
3.3.2.1 Diseño de la fuente de alimentación
El equipo desarrollado tiene como fuente de alimentación, tanto para el
circuito de control como para el de potencia, una batería de 12 VDC del mismo
tipo que las utilizadas en los automóviles convencionales.
Sin embargo, el circuito de control está conformado por dispositivos
electrónicos que requieren para su funcionamiento de una alimentación de 5VDC,
por lo tanto, es necesario un circuito acondicionador para la alimentación del
52
circuito mencionado, el cual consta básicamente de un regulador de voltaje.
Como parte del circuito acondicionador se hace necesario el uso de un
filtro pasabajos, debido a que en los vehículos se genera ruido eléctrico, cuya
fuente está especialmente en el alternador, motores y sistemas de ignición.
El filtro implementado es semejante al utlizado en ciertos taxímetros
electrónicos, y está formado por una red RC (resistencia-capacitor) obteniéndose
el circuito de acondicionamiento de la figura 3.15
AL CIRCUITO DE POTENCIO
1 Rl D
| V V •
1111 "
~I
peí
REGULADORWT \íd
B
DE VC
¿r*-
5LTPJE| ^ ñl_ CIRCUITO
DE CONTROL
^ C2
FILTRO PASABAJOS
Figura 3.15 Acondicionador de señal para el circuito de control
La función de transferencia del filtro es :
F T1 + s R 1 C I
[3.1]
Con el fin de disminuir la señal de ruido, además de no ocasionar una
exagerada caída en voltaje se coloca una resistencia Ri= la. La demanda de
corriente del circuito de control se ha estimado en 2 A, ya que se requiere
53
alimentar dos tarjetas MCPD51, además de otros dispositivos que forman parte del
circuito de control.
Por lo tanto, la caída de voltaje en Ri es tal que:
V = I * Ri [3.2]
V = 2A* 1 Í5
V = 2V
y la disipación de potencia en Ri es:
P = V * I [3.3]
P = 2V * 2A
P = 4W
por lo tanto, sea Ri = 1 a, y 5W
La frecuencia de corte para el filtro se estableció en fc= 60Hz, por lo tanto,
el valor del capacitores:
w*Rl*Cl=l [3.4]
2*7t*f*Rl*Cl =1 [3.5]
Cl = 2652
se escoge un valor normalizador de Cl = 2200uF de 50 V
Debido a que en la resistencia Ri del filtro pasabajos cae un voltaje de
54
hasta 2V y que además se prevee que el voltaje de la batería pueda disminuir un
25%-del voltaje nominal, se asume que el regulador de voltaje debe proporcionar
en su salida los 5V necesarios, teniendo variaciones de voltaje en su entrada
desde aproximadamente 7V. Tomado este valor como peor condición, se ha
seleccionado el regulador de voltaje ECG 931, cuyas características principales se
encuentran en el anexo A
Se debe indicar que el valor del capacitor C2 sugerido por el fabricante es
de 0.1 uF el cual sirve para reducir transitorios creados en el switcheo de la lógica
digital utilizada.
3.3.2.2 Diseño del circuito de control
El circuito de control para el acelerador está basado en la tarjeta MCPD51
cuyo elemento fundamental es el microcontrolador 8751. Debido a la gran
versatilidad de la tarjeta mencionada se han incluido circuitos electrónicos
adicionales, que en conjunto permiten realizar el control requerido, y cuyas
funciones principales son:
1. Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del acelerador.
2. Digitalizar la señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al circuito
de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.
3. Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en
la que se encuentra la palanca del carburador a través de un indicador
luminoso.
55
4. Controlar la ubicación del eje del motor por medio de un codificador óptico.
5. Retomar el control del sistema si por alguna causa éste se pierde, usando
señales de interruptores de fin de carrera.
Cabe indicar que la lectura de la señal análoga enviada por el botón de
mando, los indicadores luminosos de posición, y el circuito para retomar el control
del sistema son manejados por el microcontrolador como memoria externa.
En el siguiente diagrama (figura 3.16) se indican los bloques que conforman
el circuito de control
Indicadores luminosos de posición
Circuito para retomarel control
Figura 3.16 Diagrama de bloques del circuito de control
A continuación se detallan los diseños de los circuitos que forman parte del
circuito de control, valga la redundancia.
56
3.3.2.2.1 Diseño del botón de mando
Debido a que en el mercado no se encontró un botón de mando con las
características eléctricas y mecánicas que se requieren para la operación de los
sistemas de control impiementados, se decidió utilizar básicamente un
potenciómetro de desplazamiento lineal de 5KQ, al cual se le adaptó un resorte
en su perilla con la finalidad de que se asemeje a un pequeño pedal de
acelerador.
La acción que realiza es la siguiente: para variar la aceleración del
vehículo, se mueve la perilla del potenciómetro en el sentido de incremento del
valor de la resistencia enviándose de esta manera una señal de voltaje análoga ;
y si se suelta la perilla, esta regresa al punto de partida por si sola debido al resorte
acoplado a la misma. En la figura 3.17 se muestra el diseño realizado.
7 , 5 cm
2 cm
^—f..............
2cm
Rgura 3.17 Botón de mando
57
Cabe indicar que debido a la disposición del resorte en el potenciómetro
no se consigue un recorrido completo de la perilla y por lo tanto, tampoco es
posible tener una variación total de la resistencia, llegándose a obtener un rango
entre O y 1.1 Kn.
3.3.2.2.2 Acondicionamiento de la señal del botón de mando
A través del botón de mando se ingresa al circuito de control una señal
análoga que debe digitalizarse para su procesamiento, para lo cual se utiliza el
conversar análogo-digital ADC0804, cuya señal de entrada puede variar entre O
y 5V, por lo tanto es necesario un circuito acondicionador el cual es básicamente
un divisor de voltaje en el que se ha tomado como señal de entrada la salida de
un regulador de voltaje, tal como se muestra en la figura 3.18, pues se prevee que
existan variaciones de voltaje en la batería que se reflejarían a la entrada del
conversar, ocasionando operaciones erróneas ya que el microcontrolador
entendería como una manipulación en el botón de mando.
El regulador de voltaje utilizado es el ECG 964 el cual entrega un voltaje a
la salida de 8V DC . Las características del mismo se encuentran en el anexo A.
Salida delfiltro RC
VOLTPiGE REGULftTOR Ál conversor ABC
vi G voB
A A A1 v ^
^-^ r^ C>
Botónmando
deP
Figura 3.18 Acondicionamiento de la señal del botón de mando
58
• El condensador que el 'fabricante recomienda a la salida del regulador
salida es :
El potenciómetro utilizado como botón de control es de 5Kn, sin embargo,
debido a la adaptación mecánica realizada en él no es posible tener todo el
rango de variación, sino entre O y 1.1 KQ como se mencionó anteriormente, por lo
tanto la resistencia R es :
= VREG.*—— [3.6]
A partir de la ecuación [3.6] se tiene:
V[3.7]
Si VA= 5V , entonces P debe ser 1.1 Kn. Por lo tanto, reemplazando valores
se tiene :
8VR=—nim-iim
R = 660Q,
Entonces se escoge un valor normalizado de R=680a
Con este valor se consigue un voltaje variable entre O y 5V que será
59
digitalizado por el conversar análogo-digital y procesado por el microcontrolador.
3.3.2.2.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de
potencia
Al manipular el botón de mando del acelerador el programa del
microcontrolador determina si el vehículo debe acelerar o desacelerar, para lo
cual envía una señal de habilitación a través de los pines Pl.O y Pl.l al circuito de
potencia, como se muestra a continuación en la tabla 3.1.
ACELERACIÓN
Pl.O
Pl.l
DESACELERACIÓN
Pl.O
Pl.l
SEÑAL EN LOS PINES
1L
OL
SEÑAL EN LOS PINES
OL
1L
Tabla 3.1 Combinación de señales en Pl .0 y Pl .1
para acelerar y desacelerar
Debido a que Pl.O y Pl.l deben manejar dos optoaisladores, los cuales
permiten un desacoplamiento eléctrico entre el circuito de control y el de
potencia, pues este último podría eventualmente presentar alguna falla y afectar
al circuito de control, es necesario incrementar la capacidad de corriente de
dichos pines por medio del circuito integrado 74LS244. Este C.l. permite además
manejar la habilitación de los transistores del circuito de potencia; sus
características se presentan en el anexo A . El uso de los optoaisladores facilita
también el manejo de las bases de los transistores de potencia para lograr
llevarlos a sus regiones de corté y saturación. El circuito se muestra en la figura 3.19
Amplificador de
Microcontrolador corriente
Pl.O
Pl.l
Ih-
>-[
NL>r>VIS~v^ (
»•Optoaislador Habilitación del
,. circuito
- . , Habilitación delOptoaislador dm¿ío
». de potencia
Figura 3.19 Circuito para la habilitación del circuito de potencia
El optoaislador utilizado es el circuito integrado ECG 3086 que contiene a
su vez dos optoaisladores (figura 3.20) cuyas características se presentan en el
anexo A.
SftUIDft 1Y1
DEL 74L.S244 R
SftLIDft 1Y2
QPTQfllSLPlDQR
DEL 74LS244 R — ¿1 circuito dePotencia
Figura 3.20 Circuito del optoaislador
61
A partir de la figura anterior y de los requerimientos para el circuito de
potencia (numeral 3.3.2.3.2) se tiene que la corriente en el colector del transistor
del optaislador es 1.5 mA
VQUt 74244-YAKK — ' - 13.5 J
IAK
Se asume IAK = 15mA
15 mA
Se escoge R = 270Q
Por otro lado, observando el cuadro de habilitación 3.1, se determina que
las señales en los pines Pl.O y Pl.l no pueden ser simultáneamente 1L, ya que esta
condición haría habilitar todos los transistores del circuito de potencia,
ocasionando un cortocircuito de la batería. Además se debe mencionar que, el
microcontrolador tiene la característica de poner los pines del pórtico Pl en alto,
listos para una lectura, cuando se lo reinicializa (resetea), provocando de esta
manera que tanto Pl.0 y Pl.l se pongan simultáneamente en 1L
Por lo tanto, como medida de protección se implemento una compuerta
AND para deshabilitar las señales de control cuando se encuentren en un nivel
alto simultáneamente, como se muestra en la figura 3.21.
Como se observa en la figura, si las dos señales Pl.O y Pl.l tienen un valor
de 1L a la salida de la compuerta AND se tiene 1 L, valor con el cual se deshabilita
el manejador de corriente 74LS244, pero cuando en uno de los pines se tiene un OL
62
la salida de la compuerta también es OL con la cual se habilita el 74LS244. Con
esto se logra el correcto funcionamiento del circuito de potencia, a más de
proteger de un cortocircuito a la batería.
-?
74LS244
Pl.O
Pl.lAND
HABILITACIÓN
74LS244
Figura 3.21 Diagrama del circuito para evitar cortocircuitar la fuente
3.3.2.2.4 Diseño del circuito para los indicadores luminosos de posición
Anteriormente ya se indicó que el control implementado proporcionará al
usuario una lectura indirecta de la posición de la palanca del acelerador del
carburador por medio de leds. Para tal propósito el microcontrolador apunta a la
localidad de memoria especificada para los leds del acelerador y carga en el bus
de datos un valor correspondiente al número de leds que se encenderán de
acuerdo a la posición en la que se encuentra la palanca del carburador. Los
datos ingresan a un circuito integrado 74LS373 que es un "laten" para permitir el
encendido de los leds. El circuito eléctrico forma parte de la tarjeta MCPD51.
63
' En la figura 3.22 se indica el diagrama de bloques del circuito
Resistencias Barra de leds
LATCH
uC 8751
[
>ÍX
Bus dedatos
Ooooooo
Figura 3.22 Diagrama de bloques del circuito para los leds de posición
3.3.2.2.5 Diseño del circuito que permite retomar el control
Si por alguna circunstancia mecánica o eléctrica la palanca de
aceleración del carburador no se ubica en la posición que el microcontrolador
ordenó, se pierde el control, provocando que el motor siga funcionando
indefinidamente, lo que ocasionaría que el vehículo quede completamente
acelerado o desacelerado, además de que se producirían daños tanto en la
parte mecánica como en la parte eléctrica, ya que el giro indefinido del motor
haría que se siga tensando el cable de acero dañando así por ejemplo la
palanca del carburador.
Además, en el motor se produciría una sobrecarga que se refleja en el
circuito de potencia con una gran demanda de corriente por lo cual sufrirían
daños los transistores de potencia.
64
• La alternativa para solucionar este posible problema es la ubicación de
interruptores de final de carrera en las posiciones inicial y final del rango de
operación de la palanca del carburador, como se indica en la figura 3.23.
Tone finalPalanca de aceleración del
NO
NC
Figura 3.23 Ubicación de los finales de carrera
Cuando se presiona uno de los dos, se envía una señal al microcontrolador
a través de la interrupción externa 1 (INT1) y éste inmediatamente apaga el motor
respectivo y retoma el control.
El fin de carrera normalmente cerrado (NC) va conectado en el circuito de
potencia correspondiente, pues se lo utiliza también como parte del sistema de
emergencia que se detalla en la capítulo VI. Este interruptor debe soportar los
picos de corriente de 2 veces la In que se producen en el arranque del motor, y
por la disponibilidad en el mercado se tiene un fin de carrera de 5A. En la figura
3.24 se indica la ubicación para el interruptor de fin de carrera normalmente
cerrado NC.
65
<TS5>-
5ENI
í
Figura 3.24 Ubicación del interruptor de fin de carrera NC
La señal del interruptor NC ingresa a un circuito implementado con
transistores NPN ECG 123 con la finalidad de acondicionar la señal, ya que ésta
va al circuito de control, para lo cual se utiliza el circuito de la figura 3.25a.
ISENIQL
vcc
Re ¿1 circuito eliminadorde rebotes
3.25°
66
VAK R.-AK
V,CESAT
3.35 b
Figura 3.25a Circuito para acondicionar la señal del final de carrera NC
3.25b Circuito equivalente
Normalmente el interruptor de fin de carrera NC no está presionado, por lo
tanto el transistor Ql está saturado, haciendo que el colector del transistor Q2 esté
en 1L El condensador C de la figura 3.26 se encuentra con un voltaje de 5V.
Cuando se presiona el final de carrera NC Ql se abre provocando que Q2 se
sature descargando de esta manera el capacitor C tal como se muestra en la
figura 3.25b.
67
Ve - VCE SAT Q2 - VAKidescaiga = ~~ ' |_3.
RAK
Se asume una resistencia RAK = 1OQ,
5-0.4-0.7Idescaiga = ' = 3 9 0 mA
Entonces Q2 se elige el ECG 123 A
ICQ2Í3Q2 > —— para saturar el transistor [3.10]
Con un J3 característico de 100, se tiene:
ICQ2= 20mA
IBQ2 = ICQl
VCC - VBEQ2- - -
ICQl
5-0.6 V
[3.11]
= 220Q20 mA
A partir de la ecuación 3.10 se tiene:
IBQI = 5—— = ImA
12-VBEQlRbQi = — [3.13]
ÍBQ:
12-0.6RbQ1 = • = 11.4KQ.
Se elige Rbqi = 10KQ
68
Tanto el interruptor normalmente abierto como el normalmente cerrado en
el cual se acondicionó la señal, se conectan a un circuito individual para eliminar
los rebotes producidos en el cierre y apertura de los contactos, como se ilustra en
la figura 3.26. Cuando los finales de carrera no se presionan los capacitores están
cargados, mientras que al cerrarse uno de los dos finales de carrera, se produce la
descarga del capacitor correspondiente, pero en este último, además se
producen variaciones de voltaje por los rebotes de los contactos, los cuales se
amortiguan con la red RC. Dichos rebotes no deben ser detectados por el
microcontrolador, por lo que se utiliza además una compuerta Schmitt Trigger, que
invierte la lógica de la señal, por lo cual se utiliza una segunda compuerta
inversora, tanto para el final de carrera NC como para el NO, para de esta
manera manejar las dos señales a través de una compuerta AND de dos entradas.
- - -Del _|_circuito —acondicionador deseñal
vcc
NO\4
P CIRCUITO GENERPDCR
DE PULSO
-74HCJ.4 74HC14
Figura 3.26 Circuito eliminador de rebotes
Cuando se abre o se cierra el contacto se producen rebotes mecánicos,
69
por lo tanto la constante T de la red RC debe ser mayor al tiempo que duran los
rebotes, el cual es de alrededor de 20 ms, por lo cual se ha elegido un T = 60ms
para garantizar la no presencia de los rebotes.
[3.14]
Entonces a paritr de la ecuación [3.14] se tiene que:
1//F
Se escoge R = 56KQ
Se debe indicar que, al pin de la interrupción externa 1 (INT1) del
microcontrolador se conectan tres señales, tal como se muestra en la figura 3.27, y
que son:
- Finales de carrera del acelerador.
- Pulsos de posición de la palanca del carburador.
- Pulsos de posición del pedal del freno.
Por lo tanto, en el caso de que se presione uno de los dos finales de carrera
del acelerador, el microcontrolador detecta la llamada a la interrupción 1 porque
en el pin correspondiente se tendría un OL, y se mantendría con este valor mientras
siga presionado el final de carrera, por lo cual el micro no podría detectar
nuevamente la interrupción 1 que se podría generar debido a los pulsos de
posición para el control del freno. Por esta razón el pin de la interrupción externa 1
70
debe manejarse sólo a través de pulsos; por ello, es necesario utilizar un circuito
generador de pulso para producir la interrupción 1, cuando ésta se deba al
accionamiento de uno de los finales de carrera.
En la figura 3.27 se presenta el circuito generador de pulso.
Del circuitoeliminador derebotes
VCCENTRADA DE PUUSOS DEPOSICIÓN DE:
FRENO
ACELERADOR
Rl
í 2
5
T C1_
R
IM 555
37
B
q
74HCÍ4
A la interrupcioexterna 1
Figura 3.27Circuito generador de pulso
En la figura anterior, el circuito integrado LM555 trabaja como un
generador de pulso, cuya configuración se obtuvo de la referencia [4], por lo cual
deben calcularse los elementos para la duración del pulso requerido.
El ancho del pulso se calcula con la ecuación :
t=l.!RiC
Sea t=l ms y
[3.15]
a partir de la ecuación [3.15] se tiene :
71
Por lo tanto, se escoge Ri = 8.9 KD
El pin 3 del 555 se mantiene en nivel bajo (OL) cuando los finales de carrera
no se han presionado. Cuando uno de ellos se presiona la salida de la compuerta
AND del circuito de la figura 3.26 se pone en nivel bajo haciendo que la salida de
la compuerta del Schmitt Trigger A, se ponga en alto habilitando el transistor Ql, lo
que a su vez origina la habilitación del LM555 poniendo en alto el pin 3 durante el
intervalo de tiempo para el cual fue diseñado.
Se debe notar que si se conecta directamente el pin 3 del LM555 a la
entrada de la compuerta AND de tres entradas, se tendría en su salida un OL
cuando no se presionen los finales de carrera, por lo cual la interrupción INT1 no
sería capaz de detectar las otras fuentes de interrupción, por ello, es necesario
utilizar otra compuerta inversora B, entre el pin 3 del LM555 y la entrada de la
compuerta AND de tres entradas.
La corriente que consume el LM 555 es de 0.7 mA por voltio de
alimentación (5mA para Vcc = 5V), y la corriente que circula por Rl es del orden
de los microamperios durante la carga de C por lo que, la corriente por el
colector de Ql se dimensiona para un valor de 5mA . El transistor utilizado es el
ECG 123A.
La comente de base de Ql se obtiene a partir de la relación [3.10] :
72
Ibgi — 5ICQI
T
100= 0.25 mA
La comente de salida cuando el 74HC14 está en 1L es de hasta 4mA por lo
que puede saturar a Ql .
Para que el microcontrolador pueda ejecutar adecuadamente la acción
de retomar el control es indispensable enviarle información acerca de cual
interruptor de final de carrera fue presionado. Esto se consigue tomando los datos
que ingresan a la compuerta AND del circuito de eliminación de rebotes e
ingresándolos a un 74LS244 para poder ser leídos por el microcontrolador. El
circuito es el que se muestra en la figura 3.28.
Acelerador
Circuitos deeliminación derebotes
DñTQl
DQT02
Habilitación delmicrocontrolador
Freno
Circuitos deeliminación derebotes
DñT03
A la interrupciónexterna 1
1
TO1 >TO2 > •TOS >TO-4 >
r— >=
1A11A21A3
2A12A2
2A-4
2G
ÍY11Y21Y31Y42Y12Y22Y32Y4
Al bus de datos delmicrocontrolador
¿L la intez-rupciónexterna O
AND2
DPITO4 >
Figura 3.28 Circuito para identificar el final de carrera presionado
73
Como se puede observar al 74LS244 ingresa la información del estado de
los interruptores de fin de carrera tanto del sistema de control del acelerador (Dl y
D2) así como del sistema de control del freno (D3 y D4). Entonces, cuando se
produce una interrupción por la presión de un final de un carrera, ya sea INT1
para el acelerador o INTO para el freno, el microcontrolador lee la información del
74LS244 mostrado en la figura 3.28 para identificar el final de carrera presionado y
de esta manera saber la posición que ha alcanzado ya sea la palanca del
carburador o el pedal del freno.
3.3.2.2.6 Diseño del circuito de realímentación. Pulsos de posición
El circuito de realimentación proporciona al microcontrolador la
información de la posición de la palanca del carburador, y en base a ella realiza
las tareas de control indicadas en el programa grabado en su memoria.
La lectura de la posición se realiza utilizando un codificador óptico
conjuntamente con un disco dentado, tal como se indica en la figura 3.29. El
disco
Disco dentado
Sensor Óptico
Figura 3.29 Sensor óptico y disco dentado
74
está acoplado a la palanca del carburador, ya que en este dispositivo es donde
se realiza el control de la posición, y de acuerdo a su desplazamiento los dientes
del disco permiten o no el paso de la luz infraroja (IR) desde el diodo emisor IR
hacia el foto transistor receptor IR, produciéndose pulsos de 5V de amplitud. Sin
embargo, en los pulsos generados ocurren retardos durante el cambio de nivel
lógico [de OL a 1L y viceversa) por lo cual se utiliza un inversor tipo Shmitt Trigger.
Cada pulso generado se detecta en el microcontrolador a través de la
interrupción externa 1. Pero en el numeral 3.3.2.2.5 se señaló que dicha
interrupción maneja tres señales diferentes a través de una compuerta AND, y
como la interrupción está configurada para habilitarse con un flanco de bajada
(•1) las entradas a la compuerta deben estar todas en un nivel alto previo al
cambio de nivel lógico de cualquiera de ellas, para que dicho cambio pueda ser
detectado por la interrupción.
Por lo tanto, para tener el nivel lógico correcto a la salida del circuito de
realimentación es necesario añadir otro inversor, obteniéndose el circuito de la
figura 3.30.
vcc
ft Lfi INTERRUPCIÓNEXTERNft 1
74HC14
Sensor Óptico
Figura 3.30 Circuito de realimentación
75
El sensor óptico seleccionado es el ECG3104 cuyas características
principlaes se indican en el anexo A.
En base a las características del sensor se tiene:
VCC-VAK
Se asume una comente IAK = 15mA
5-0.7Rl = —— = 286.7Q
Se escoge Rl = 270Q
VCC-VCESATR2- [3.17]
Sea Ic = ImA
5-0.4R2=—-- =
Se elige R2 = 4.7KQ
El giro máximo de la palanca es de aproximadamente 80 grados y se ha
dividido este desplazamiento angular en ocho partes de 10 grados cada una.
Aunque en realidad el intervalo puede dividirse en un mayor número de
partes, se eligieron, ocho porque con este número se facilita el desarrollo del
programa de control, corno se indica en el capítulo IV, además de que se cree
que con los desplazamientos de 10 grados se tienen variaciones de aceleraciones
apropiadas. A partir de la relación [3.18] y considerando una longitud promedia
76
en el brazo de la palanca del carburador de 3cm, los desplazamientos del cable
entre cada intervalo son aproximadamente:
AB= e [rad]xr[cm] [3.18]
AB = 10°x3cmx180°
AB = O.Scm
Ya que las perforaciones en el disco están a 10° entre sí, al disminuir el radio
dichas perforaciones tenderán a estar más juntas de acuerdo a la ecuación [3.18],
por lo que cualquier pequeña variación indebida en la polea afectaría la
posición en la que se encuentre el disco, haciendo que éste envíe pulsos
incorrectos al circuito de control.
Por lo tanto, el radio del disco dentado no debe ser muy pequeño, y de
acuerdo a las pruebas realizadas el radio del mismo puede ser entre un 15% y 25%
menor a la longitud del brazo de la palanca del carburador.
3.3.2.3 Diseño del circuito de potencia
3.3.2.3.1 Dimensionamiento del motor DC
Para la determinación de los parámetros del motor DC, como son :
potencia, torque, velocidad, se procedió a realizar varias mediciones en la
palanca del carburador de diferentes automotores llegando a obtener los
siguientes datos:
t= 0.5 seg. Tiempo para un rango de desplazamiento total.
77
6= 80° Desplazamiento angular máximo
rp= 3 cm Radio promedio de la palanca.
F= lOlb Fuerza requerida para el desplazamiento de la palanca.
Se considera que el movimiento de la palanca del carburador es del tipo
circular uniformemente acelerado por lo tanto se plantea la siguiente ecuación :
-at2 [3.19]
Ya que wo = O, se tiene a partir de [3.19] la siguiente relación
[3.20]
«=i*80* *0.52 "~ 180
rada = 11.14
s
a = a rp [3.21]
donde rp es el radio de la palanca del carburador
a = 11. 14* 0.003
Entonces, se considera que la velocidad lineal de desplazamiento del cable es:
Vf = Vo+ at [3.22]Vf = 0+ 0.3 * 0.5
m cmVf= 0.15 — = 15 -
s s
78
CablePalanca móvil delacelerador
PoleaDisco generador depulsos
Figura 3.31 Acoplamiento entre la palanca del carburador
y la polea del motor DC
En la ecuación [3.22], Vf es la velocidad tangencial con la que debe
desplazarse el cable que tensa la palanca del carburador, lo cual se ilustra en la
figura 3.31 .
A partir de este valor Vt,se determina la velocidad angular con la que debe
girar el eje del motor.
79
[3-23]
Considerando un radio TM del eje del motor de 0.0025 m
' 0.15WM 0.0025 m
radWM = 60 - = 573 RPM
s
Por lo tanto el torque al eje del motor es:
TM = F rM [3.24]
TM = 45 N (0.0025 m) = 0.113 Nm
La potencia requerida es:
PM =TM WM [3.25]
radPM=0.113Nm 60
sPM = 6.8 W
Para evitar problemas en el enrollamiento del cable se decidió utilizar una
polea de un radio aproximado al de la palanca del carburador.
rpoi = 3 cm donde rpoi es el radio de la polea
Considerando una velocidad lineal constante del cable se procede a
determinar la velocidad angular que debe tener el eje del motor.
wpoi= —• [3.26]rpoi
15 cm/s rad= — =5 =47 RPM
3 cm s
80
En base a los requerimientos de potencia, torque y velocidad que necesita
el sistema de aceleración se llegó a elegir un motor de DC utilizado en el sistema
de limpiaparabrisas de los automotores, cuyas características son :
Voltaje = 12 VDC
Comente = 1OA
Torque = 25 Nm
Velocidad = 45 RPM
Este motor presenta las siguientes ventajas:
Incluye un sistema reductor de velocidad con una relación de 30 :1
Debido al mecanismo utilizado en el reductor, permite fijar la posición del eje del
motor a pesar de aplicar una fuerza considerable en él, sin que se encuentre
alimentado.
El motor está diseñado para trabajar en el ambiente del vehículo.
Este tipo de motor se lo puede encontrar fácilmente en el mercado.
Permite un fácil montaje en el sitio que se requiera.
3.3.2.3.2 Puente de inversión de giro
Está conformado por transistores de potencia, transistores de señal y
optoaisladores como se indica en la figura 3.32.
81
Rl
Figura 3.32 Diagrama del circuito de potencia
A continuación se presentan las principales características que deben
tener tanto los transistores de potencia como los que los manejan :
1. Trabajarán como interruptores en las regiones de corte y saturación.
2. En cuanto a la conmutación se dimensionan transistores de switcheo rápido
menor a 1 microsegundo debido a la velocidad de las señales de habilitación y
deshabilitación que envía el microcontrolador hacia el circuito de potencia.
3. Están sometidos a picos de 2 veces la corriente nominal ( ln=0.8A) durante el
arranque del motor.
4. Debido a la aplicación, no es un parámetro fundamental de diseño la potencia
de disipación de los transistores porque no se encuentran operando
continuamente.
Una vez determinadas las características que deben tener los transistores
de potencia y tomando en cuenta los siguientes parámetros:
Voltaje =12VDC
82
Comente del motor U
Donde :
_ _ PM _
VBAT - 2 VCESATQI
Se considerará una corriente de 2 veces la In para el dimensionamiento es
decir ln=1.5A
Se elige el transistor TIP31A de Motorola, cuyo reemplazo es el ECG 291 y sus
características están en el anexo A.
De acuerdo a las características del transistor se requiere en la base de Q2,
una corriente de 30 mA.
Ibq2 = ICQS
ICQSIbqs > —— Para garantizar la saturación del transistor
Se elige Q8 el transistor ECG 123 A cuyo fj característico es de 100
Icqg 30 mAJ ~ ~ D "
= ICQ12
VcEQ4 - VBEQ4 - VBEQ8 - VcESATQ12Rl = ; [3.28]
ICQ12 L J
1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = = 120Q
1.5 mA
Por lo tanto se elige el valor de Rl = 120Q
83
3.3.2.3 Protecciones
Con el objeto de garantizar que el circuito de potencia no sufra daños
eléctricos debido a cortocircuitos provocados por diferentes circunstancias de
operación, se procede a dimensionar el fusible para proteger el circuito de
potencia.
Se considera un factor de l.SIn, por lo tanto el fusible es para una
capacidad de corriente de:
lfus¡bie=1.5xln= 2A. [3.29]
Debido a que la carga es inductiva se usan diodos de recuperación rápida
para eliminar la energía acumulada en el motor en el momento de la
conmutación. Se dimensionan para la comente nominal ln=0.8A
Por lo tanto, se elige el diodo 1N4934
En la figura 3.33 se puede observar las protecciones para el circuito de
potencia.
84
Figura 3.33 Protecciones para el circuito de potencia
85
CAPITULO IV
CONTROL DEL FRENO
4.1 Introduccción
El automóvil está provisto de un sistema de frenos para conseguir tanto la
disminución de la velocidad así como su detenimiento completo. Por otro lado,
para el común de los conductores resulta irrelevante conocer el principio
mediante el cual consigue detener su.vehículo, así como la manera en la que se
accionan cada uno de los elementos que conforman este sistema.
Sin embargo, para el desarrollo de la presente tesis, y más
específicamente para realizar el control del freno electrónicamente, fue
necesario conocer su principio de funcionamiento así como los elementos
principales con los que cuenta, para en base a esta información establecer el
sitio más apropiado en donde ubicar el sistema de control. Por ello, a
continuación se presenta una descripción acerca del funcionamiento del
sistema de freno.
4.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de freno
El frenado de un vehículo se basa en la fuerza de fricción que se ejerce
sobre las ruedas en movimiento. De esta manera los frenos convierten la fuerza de
movimiento, que es energía cinética, en calor por medio de fricción. El grado de
fricción depende no solamente del tipo de materiales usados, sino también de la
condición de las superficies en contacto.
86
4.1.1.1 Fuerzas de frenaje
Se requieren grandes fuerzas para detener un vehículo ya que tiene que
parar en un intervalo de tiempo mucho más corto del que se requiere para
acelerarlo. Por ejemplo: un vehículo con un motor de 110 HP requiere de unos 60
seg para acelerar a 60 mph (95 km/h). Sin embargo, para parar este vehículo en
seis segundos, los frenos tienen que desarrollar una potencia de 1000 HP. Toda
esta energía se disipa en forma de calor.
El peso y la velocidad del vehículo afectan el frenaje. Si se aumenta al
doble el peso, también aumenta al doble la cantidad de calor que tiene que
disiparse. El efecto de la velocidad es mayor todavía. Si se aumenta al doble la
velocidad, se necesita hasta el cuádruple de fuerza para parar y los frenos
tendrán que disipar el cuádruple de calor.
Cuando se conduce a 20 mph (32Km/h), el vehículo habrá avanzado 38
pies [11.5 m) antes de parar.
El freno de pie debe reducir la velocidad del vehículo cuando sea
necesario, e incluso llegar a detenerlo manteniendo su dirección. Además, el freno
debe ser gradual y actuar sobre las cuatro ruedas.
Hoy en día, los frenos de los automóviles y de muchos camiones son de
funcionamiento hidráulico asistido por un servo. Algunos de los camiones de
mayor tamaño tienen frenos de aire o de funcionamiento neumático. En la figura
4.1 se ofrece un dibujo esquemático de un freno netamente hidráulico
87
—? 5 5 '.!4, I f>ti»l d« frítio 8 Mirn)oer» d< Irtno^ 2 Cilindro mwrtro 9 Crttndro de ru«5a
\\---8 3 Oíposlto d« flOldo 10- P«lanc» de frervo d« m»4 Interroptor dt luí d> p»radt 11 Ciblí y tubo-conducto.5 Conducto di freno 1 ? Fríno d« ruidi d. Conextón do tres vf»s 13 Freno tí» ru*di trsssu7 Soport» do rftangumra d* freno
13
Rgura 4.1 Sistema de frenado hidráulico
Un sistema hidráulico se basa en el principio de Pascal, en el cual, la
relación de fuerzas corresponde a la relación de las áreas de los émbolos, es decir,
sobre la mayor área aparece la fuerza mayor, tal como se muestra en la figura 4.2
L2IF2 i Fl Ll
Figura 4.2 Principio de Pascal
F2AlA2
Rl]
Las carreras .de los émbolos son Inversamente proporcionales a las fuerzas.
Hay un factor muy importante que multiplica la presión del pedal de freno
que es lo que se llama servo-acción. Esta multiplicación de la presión se obtiene
por la ubicación del pasador de anclaje de la zapata de freno más la tendencia
del tambor de freno que gira de arrastrar el forro junto con el mismo como se
muestra en la figura 4.3.
Figura 4.3 Servoacción
Esta servo acción puede ampliarse dejando que una zapata empuje
contra la otra, como se indica en la figura 4.4
Una vez analizada la dinámica del sistema de frenado, se puede analizar
mejor el procedimiento. Así, el sistema de freno de un vehículo funciona de la
siguiente manera: la fuerza del pie (fuerza muscular) del conductor que puede ser
89
PASADOR DE ANCLAJE
EL AUTO NlOVfEMOOSS EN AVANCE
Figura 4.4 Ampliación de la servoacción
de hasta 200N (100N para servofrenos), tiene que amplificarse por medio de una
transmisión hidráulica.
Como pedal del freno (fig 4.5) se utiliza una palanca unidireccional, con la
relación de transmisión de 1:4 a 1:5.
Rgura 4.5 Pedal del freno
El freno hidráulico convencional (ver figura 4.6), aplica presión hidráulica a
cada una de las cuatro ruedas, esto último conocido como el sistema único. Por
90
otro lado, se cuenta con un cilindro maestro doble que tiene una parte que
suministra fuerza hidráulica a la ruedas delanteras y la otra a las ruedas traseras.
Fundamentalmente, el funcionamiento es el mismo en ambos sistemas.
TAPA DE FILTRO
fTSORTE DE EMBOLO'
RESPIRADERO
CONJUNTO DE CILINDRO MAESTRO
ORIFICIO DE COMPENSACIÓN
lx ORIFICIO RESPIRADERO
TAZA DE EMBOLOPWMARIA
CONJUNTO DE VÁLVULA'•: DF RETENCIÓN
ARTICULACIÓN' RESORTE DE RETORNODE TAZA
A RTÍCULACION
Figura 4.6 Freno hidráulico convencional
91
En el sistema sencillo ilustrado en la fig 4.6 el cilindro maestro sencillo se
conecta con tubos y tubería flexible a cada uno de los cilindros de rueda. El
cilindro maestro y línea de conexión se llenan con fluido hidráulico especial.
El mecanismo funciona de la siguiente manera: cuando se frena, la varilla
de empuje fuerza al émbolo del cilindro maestro y a la llamada taza primaria
hacia delante de manera que el borde de la taza primaria cubra el orificio de
compensación evitando el escape de fluido. La continuación del movimiento del
émbolo aumenta la presión en el sistema forzándose el fluido por los agujeros en la
válvula de retención y hacia fuera por el sistema a los cilindros de rueda
individuales que a su vez fuerzan las zapatas contra los tambores de freno.
Uno o varios resortes de 150N a 200N de fuerza de tracción realizan la
recuperación de las zapatas para que queden con la separación conveniente
después de frenar. Estos esfuerzos de los resortes tienen que ser vencidas
adicionalmente al frenar pero no deben ser demasiado pequeños, con objeto de
que las zapata se desprendan con toda seguridad.
Al comienzo de un desfrenamiento rápido, el émbolo se mueve más
rápidamente de lo que puede seguirle el fluido al regresar de los cilindros de
rueda y las líneas creándose, momentáneamente un vacío parcial en la cámara
de presión. El fluido suministrado por el orificio respiradero es aspirado entonces
por los agujeros de purga en la cabeza del émbolo pasando la taza primaria para
mantener llena la cámara de presión. Según baja la presión en el cilindro maestro,
los resortes de retorno de zapatas retractan todas las zapatas y las articulaciones
de conexión empujan los cilindros de rueda hacia adentro forzando el retorno del
fluido al cilindro maestro.
92
La presión del fluido que retorna hace que el disco de caucho cierre los
agujeros en la válvula de retención y fuerce dicha válvula fuera de su asiento
contra la tensión del resorte del cilindro maestro. El fluido circula entonces
alrededor de la válvula de retención a la cámara de presión; con el émbolo
dando contra la placa de retenido y el borde de la taza primaria, después de
dejar libre el orificio de compensación. El exceso de fluido que entrara por los
agujeros de purga o que se creara por la expansión debida al calor, regresa
ahora al depósito por el orificio de compensación que está sin cubrir. Cuando la
presión en los cilindros de rueda y en las líneas llega a ser ligeramente menor que
la tensión en el resorte del cilindro maestro, la válvula de retención regresa a su
siento en la tuerca de cabeza para mantener la presión de 8 a 16 Ibs/pulg2 en la
línea y los cilindros.
A continuación en la fig 4.7 se ofrecen detalles de un cilindro de rueda
típico. Nótese las tazas de caucho flexible que proveen el sellaje de los émbolos
de metal. Nótese también el tornillo de purga que facilita la purga del sistema.
CILINDRO RÍI5OKTE-DE RETORNO YCONJUNTO DE COFA DE £.VPAN«S;<>T\
Figura 4.7 Cilindro de rueda típico
93
4.2 Alternativa propuesta
Luego de conocer el funcionamiento general del sistema de frenos de un
vehículo y la forma de accionarlo, se plantea una nueva alternativa para realizar
esta función a través de un sistema electromecánico.
Básicamente se pretende que el sistema realice el desplazamiento del
pedal del freno. Esto se debe a que en los vehículos en general, tanto el pedal
como el sistema de frenos están acoplados de tal forma de que no existe un
medio por el cual se tenga fácil acceso al sistema mencionado. Además, resultaría
inseguro y riesgoso para el conductor, el que se trate de ¡mplementar otro sistema
de frenado, o el realizar algún tipo de adaptación al ya existente.
El desplazamiento del pedal se realiza a través de un motor eléctrico, al
cual se le ha acoplado un cable de acero, en donde el un extremo se sujeta al
pedal mientras que el otro se sujeta al eje del motor. El giro del motor tensará el
cable provocando con ello el movimiento del pedal, para accionar de esta
manera el sistema de frenos del vehículo.
Es importante mencionar que el motor utilizado posee el torque necesario
para vencer la inercia del pedal y mantener fijo su eje cuando este no se
encuentra alimentado. Por otro lado, el control de la posición del pedal se realiza
a través de un microcontrolador.
Además, se plantea dividir el rango de desplazamiento del pedal del freno
en un cierto número de posiciones pues en la práctica esta acción se realiza
gradualmente y no necesita ser continua, lo que facilita el desarrollo del programa
de control.
94
Ya que se actúa directamente en el pedal del freno, el dispositivo
propuesto es muy general, adaptable a cualquier vehículo estándar
independientemente del sistema de frenado que utilice.
4.3 Diseño y construcción del sistema de control del freno
El sistema tiene como objetivo controlar la acción del freno de un
automóvil utilizando un control electromecánico. Se tiene que sus principales
partes son:
1. El sistema mecánico.
2. El sistema de control electrónico.
3. El programa de control.
A continuación se muestra en la figura 4.8 un diagrama del sistema de
control del freno :
Botón demando Pedal del
freno
J •«- SensorOplico
Lectura deposición
Rgura 4.8 Diagrama de bloques del sistema de control
95
4.3.T Diseño del sistema mecánico
Los elementos mecánicos que a continuación se mencionan forman parte
de un módulo cuya finalidad es representar el funcionamiento del sistema de
frenos hidráulico, de un vehículo real:
• Base metálica para ensamblaje de 35 cm de ancho por 50cm de largo.
• Un pedal.
• Una bomba hidráulica con su cilindro principal y un cilindro de rueda.
• Tubería de cobre para conducir el fluido hidráulico hacia el cilindro de rueda.
• Soportes para el pedal y bomba hidráulica.
• Dos platinas de hierro de 2.5 cm de ancho y 10 cm de largo cuya forma es
similar a las zapatas del sistema de freno de un vehículo.
• Un resorte recuperador.
• Un motor DC.
• Un eje auxiliar de hierro para el motor de 1 cm de diámetro y 6 cm de largo.
• Cable de acero semejante al usado en el acelerador.
• Un soporte metálico para acoplar al eje de 4cm de largo .
A continuación se describen los pasos para el ensamblaje del módulo y su
funcionamiento:
1.- Se ubican los soportes tanto para el pedal como para la bomba hidráulica y se
sujetan fuertemente a la base metálica mediante pernos.
2.- El pedal se acopla entre los soportes verticales a través de un eje para que
pueda girar libremente.
96
3.- La bomba hidráulica también se sujeta fuertemente a la base del módulo por
medio de sus soportes y pernos, además está ubicada de tal manera que se
accione cuando se presiona el pedal.
4.- Se colocan el cilindro de rueda, el resorte recuperador y las platinas de hierro,
dispuestas de tal manera que se asemejan a la acción del sistema de freno.
5.- Se conecta la cañería de cobre tanto al cilindro principal de la bomba como
al cilindro de rueda para transmitir la presión del fluido hidráulico.
5.- Se sujeta el soporte al eje auxiliar y éste a su vez al eje del motor por medio de
pasadores roscados para evitar deslizamientos entre las partes cuando el motor
gire.
6.- Adicionalmente el pedal cuenta con un perno en la parte inferior al cual se le
ha realizado un orificio del diámetro del cable de acero que sirve de soporte
de él y que facilita tanto la sujeción como la tensión del cable.
En la figura 4.9 se puede apreciar el módulo mecánico y sus partes
constitutivas
El sistema funciona de la siguiente manera: el giro del motor tensa el cable
de acero sujeto tanto en el soporte del eje como en el soporte del pedal, por lo
cual se presiona el vastago del cilindro principal de la bomba hudráulica
produciendo la acción de frenado que se describió en la parte introductoria del
presente capítulo.
97
Figura 4.9 Módulo mecánico para simular el sistema de frenos
Para el caso de un vehículo real, los elementos necesarios para conseguir
el movimiento del pedal serían: el motor DC, el cable de acero, el soporte tanto
del eje como del pedal para sujetar el cable. Por la manera como se acciona el
sistema mecánico, es factible que el desplazamiento del pedal del freno pueda
realizarse a través del sistema electromecánico, o haciendo uso del pie para el
caso de una persona sin discapacidad.
4.3.2 Diseño del sistema de control electrónico
- Básicamente se encuentra conformado por dos circuitos :
oc
- Circuito de control, y
- Circuito de potencia
4.3.2.1 Diseño del circuito de control
Como se indicó en el capítulo II, el sistema de control del acelerador y
freno es operado por un solo microcontrolador 8751, por tanto la tarjeta MCPD51
y circuitos adicionales forman parte principal del presente circuito y las funciones
que cumplen son:
1.- Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del freno.
2.- Digitalizar esta señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al
circuito de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.
3.- Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en
la que se encuentra el pedal del freno a través de una barra de leds.
4.-Verificar la ubicación del eje del motor por medio de un decodificador óptico y
realizar las correcciones debidas
5- Retomar el control del sistema si por alguna causa este se pierde usando
señales de fin de carrera.
99
La figura 4.10 muestra el diagrama de bloques del circuito de control:
Microcontrolador
~H Habilitación
Amplificador decorriente
Amplificador decorriente
Indicadores luminosos deposición
Pulsos deposición
Circuito auxiliar pararetomar el control
Figura 4.10 Diagrama de bloques del circuito de control
Seguidamente se presentan los diseños de cada uno de los circuitos que lo
conforman.
4.3.2.1.1 Diseño del botón de mando
Se utiliza un botón de mando con las mismas caracaterísticas eléctricas y
mecánicas que el empleado para el control del acelerador en el capítulo III
numeral 3.3.2.2.1. Ver figura 4.11
100
7 .5 cm
2 cía
2CB.
i
Figura 4.11 Botón de mando para el freno
4.3.2.1.2 Acondicionamiento de señal del botón de mando
El circuito acondicionador para el botón de mando es el mismo que el
utilizado para el caso del acelerador, cuyo diagrama se muestra en la figura 4.12
Salida delfiltro EC
VOLTPlGE REIGULftTOR R A±- uunv
VI G VOND
_l*~~ ^ C
•c<<
>HH>
i —
Botón demando P
Donde :
Al conversor ÁDC
Figura 4.12 Circuito para e! botón de mando
R= 680Q
101
C=0.1jiF
Se debe mencionar que el cable utilizado para conectar los botones de
mando tanto del acelerador como del freno hacia el conversar análogo-digital,
es del tipo blindado; esto se hizo con el fin de evitar la presencia de señales de
ruido las cuales introducirían datos erróneos en el conversar que a su vez se
reflejarían en la activación indebida del circuito de potencia.
Como el mismo microcontrolador se encarga del control del acelerador,
freno, y la tarjeta MCPD51 cuenta sólo con un conversar análogo-digital, fue
necesario implementar otro conversar con su circuitería adicional, similar a Ja
existente en la tarjeta mencionada, tal como se muestra en la figura 4.13.
Entrada de señal
<DB<DT~
<D3<D4<D5<D6
IHABIl_ITfiCION>
V Ql
DB0DB1DBSDBSDB4DB5DBGDB7
CSRDWRINTR
':!T->-
CLKR
CUK<
UREF
ftGND
~^=]
|-=•
<flLE
— TPIDC0804 -=í~ ~
Ineset > -^=
Figura 4.13 Circuito para el conversar A/D del freno
En donde :
R1=2.7KQ
102
Ql es el ECG2222A
El microcontrolador maneja al conversar análogo-digital A/D del freno
como una localidad de memoria externa, y la dirección que utiliza es la OOOOH.
4.3.2.1.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de
potencia
La manipulación del botón de mando provoca que el microcontrolador
genere señales de control para habilitar el circuito de potencia, de acuerdo a la
posición en la que se encuentre dicho botón. Las señales de control del circuito
de potencia, para el caso del freno, se envían por los pines P1.2 y P1.3 con la
lógica que se indica en la tabla 4.1.
FRENAR
P1.2
P1.3
DESFRENAR
P1.2
P1.3
SEÑAL EN LOS PINES
1L
OL
SEÑAL EN LOS PINES
OL
1L
Tabla 4.1 Combinación de señales en P1.2 y P1.3 para frenar y desfrenar el
automóvil
Debido a la limitada capacidad de corriente de los pines del micro como
para p
oder manejar directamente el circuito de habilitación de los transistores de
potencia, fue necesario utilizar el manejador de comente 74LS244, además de
optoaisladores para desacoplar el circuito de control con el potencia,
obteniéndose el circuito de la figura 4.14 que es semejante al de la figura 3.19 del
capítulo III..
icrocontrolE
P1.2
P1.3
Aildor de
H-T
nplificadorcorriente
NL>ISIX
>^ ^
K
Optoaislador
Optoaislador
Habilitación delcircuito de potencia
Habilitación delcircuito de potencia
Figura 4.14 Diagrama del circuito acondicionador de las señales de habilitación
del circuito de potencia
El valor de las resistencias para los ánodos del optoaislador, se calcula a
partir de la figura 3.20 del numeral 3.3.2.2.3. Por lo tanto se tiene:
Vout 74244 - VAK
L^
Se asume IAK = 30mA
5-1 V— —30 mA
= 133.3Q
Por lo tanto, se escoee R = 130Í2
[4.2]
104
El circuito cuenta también con una compuerta AND para controlar la
habilitación del manejador de comente 74LS244 cuando se tiene un 1L
simultáneamente tanto en P1.2 como en P1.3, y de esta manera evitar el que se
produzca un cortocircuito en la fuente, especialmente cuando se reinicializa el
microcontrolador.
En la figura 4.15 se puede apreciar el circuito de habilitación de las señales
de control del circuito de potencia.
74LS244
Señalesde control
Señalesde control
74LS244
Figura 4.15 Diagrama del circuito para evitar el cortocircuito de la batería
4.3.2.1.4 Diseño del circuito para los indicadores luminosos de posición
El circuito para el encendido de los leds de acuerdo a la posición que
alcance el pedal del freno forma parte de la tarjeta MCPD51, por lo que a
105
continuación se muestra sólo el diagrama de bloques del circuito en la figura 4.16.
LATCHBarra de
resistencias
8751
Bus dedatos
.AA/V
Barra de leds
O
oo0
Figura 4.16 Diagrama de bloques del circuito que muestran la posición del pedal
4.3.2.1.5 Diseño del circuito que permite retomar el control
El circuito para retomar el control tiene como misión la de proporcionar al
microcontrolador una señal apropiada de alerta en el caso de que se pierda el
control por alguna circunstancia, para luego retomar inmediatamente el control
del sistema.
Para ello, se utilizan dos interruptores de fin de carrera, un normalmente
cerrado y otro normalmente abierto, en las posiciones inicial y final del rango de
operación del pedal del freno, como se indica en la figura 4.17.
106
Pedal del freno
NCNO
Figura 4.17 Ubicación de los finales de carrera
A los finales de carrera es necesario anexarles un circuito eliminador de
rebotes, además el fin de carrera NC requiere el circuito de la figura 3.25a ya que
dicho elemento también se utiliza en el sistema de emergencia (capítulo VI). Los
circuitos mencionados son los mismos que se hallan diseñados en el numeral
3.3.2.2.5, razón por la cual, no es necesario repetir el desarrollo del diseño de tales
circuitos .
Con ayuda de los circuitos antes referidos, se logra acondicionar la señal
para que se genere la interrupción externa O (INTO) cuando se presione uno de los
finales de carrera acoplados al pedal del freno. Ya que la interrupción INTO sólo
maneja los finales de carrera del freno, no es necesario el circuito generador de
pulso.
En la figura 4.18 sólo se muestra el diagrama del circuito eliminador de
rebotes
107
vcc
circuitoacond i c i on adorde señal
A LA INTERRUPCIÓN EXTERNAO DEL MICROCONTROLADOR
R
LJ
* C "74HC14
PND
74HC14
Figura 4.18 Circuito eliminador de rebotes
Los valores de R y C son :
R = 56KH
C=luF
Cuando se produce la interrupción INTO, el microcontrolador debe
identificar cuál interruptor de fin de carrera de los sistemas de aceleración y freno
la está produciendo con el fin de retomar el control. Esto se consigue tomando los
datos que ingresan a la compuerta AND del circuito eliminador de rebotes [ver
figura 4.18) e ingresándolos al mismo circuito integrado 74LS244 de la tarjeta
MCPD51 (U7) que es utilizado también por el control del acelerador.
Inmediatamente esta información es leída por el microcontrolador para
reconocer cuál final de carrera se accionó.
El circuito es el que se indica en la figura 4.19 :
108
Acelerador
Circuitos deeliminación derebotes
DPfTOl .
fiNI
DftTOS
INT-EXT1 >
Habilitación delmicrocontrolador
Freno
Circuitos deeliminación derebotes
Al bus de datos delmicrocontrolador
>
Figura 4.19 Circuito para identificar el final de carrera presionado
Como se puede observar al manejador de corriente ingresa la información
del estado de los interruptores de fin de carrera tanto del sistema de control del
acelerador como del sistema de control del freno pues como se ha indicado, un
solo microcontrolador controla los dos sistemas.
4.3.2.1.6 Diseño del circuito de realimentación. Pulsos de posición
El circuito de realimentación proporciona al microcontrolador la
información digital de la posición del pedal del freno, y en base a ella realiza el
procesamiento adecuado, a través del programa de control.
La lectura de la posición se realiza utilizando un optoacoplador
conjuntamente con una tarjeta dentada [ver figura 4.20) para permitir o no el
paso de la luz infrarroja IR generada por el diodo emisor IR del optoacoplador
109
hacia el fototransisfor IR, consiguiéndose de esta manera pulsos de O ó 5V.
Tarjeta dentada
Sensor Óptico
Figura 4.20 Sensor óptico y tarjeta dentada
La tarjeta dentada se encuentra ubicada en el extremo que une el
vastago del cilindro principal de la bomba hidráulica y el pedal del freno, debido
a que se tiene un desplazamiento lineal facilitando la lectura de la posición. Los
pulsos que resultan de la interacción entre el sensor óptico y la tarjeta no
describen flancos bien definidos, por lo cual se utilizó un inversor SchmittTrigger.
Sin embargo, en el capítulo III sección 3.3.2.2.5 se indicó que la interrupción
1 (INT1) maneja tres señales distintas a través de una compuerta AND, por lo cual
es necesario invertir nuevamente la señal con otro inversor, obteniéndose el
circuito de la figura 4.21, el cual es semejante al de la figura 3.30.
vcc
vccft LP INTERRUPCIÓN
EXTERNA 1
74HC14
Sensor Óptico
Figura 4.21 Circuito de realimentación para el freno
110
Donde :
R2= 4.7KQ
Como parte de la alternativa planteada (sección 4.2) se indicó que el
desplazamiento del pedal se realiza por intervalos, y se ha considerado que el
número de intervalos debe ser cuatro, por lo cual la tarjeta tiene este número de
ranuras para el envío de los pulsos de acuerdo a la posición que alcance el
pedal, tal como se muestra en la figura 4.20.
4.3.2.2 Diseño del circuito de potencia
El circuito de potencia debe satisfacer la demanda de voltaje y corriente
del motor DC y permitir la inversión de giro de un sentido al otro de manera
rápida.
4.3.2.2.1 Dimensíonamiento del motor DC
Tomando como datos referenciales :
Una fuerza en el pedal del freno de 150N
Un recorrido aproximadamente lineal de 4 cm y
Un tiempo de desplazamiento total de 0.25 s
Considerando un movimiento lineal en el extremo inferior del pedal se tiene
las siguientes relaciones :
111
e = Vot + — at2 [4.3]
Considerando Vo = O, se tiene
2e
2 (0.04) m
Vf = Vo + at [4.5]
, , mVf = a t = 1.28(0.25) = 0.32 —
Donde Vfes la velocidad lineal de desplazamiento del cable
VfWM = — [4.6]
IM
WM es la velocidad angular que debe tener el motor DC
rtvt es el radio del eje del motor
00 cm/ j32 /e radWM = — — -^=128 - = 1222RPM
0.25 cm s
El torque al eje del motor es:
Teje = F * TM [4.7]
Teje = 150 N 0.0025 m = 0.375 Nm
La potencia requerida esta dada por:
PM=TejeWM [4.8]
radPM = 0.5 Nm 128 - = 48W
s
Para el accionamiento del sistema de freno se utiliza un motor DC de
similares características al empleado en el sistema de aceleración, el cual tiene
112
una WM =45 RPM.
A partir de la ecuación [4.18], se tiene entonces que el torque del motor
debe ser:
P 48 WT =
WM 4.71 rad/• = 10.1Nm
De las características del motor DC anteriormente citadas se ti ene que satisface
el requerimiento de torque.
Seguidamente se procede a dimensionar el radio que debe tener el soporte del eje del motor
JL — P Tsoporte del eje
T 10.1 Nm
[4.9]
_Tsoporte — =
F 150 N
Puente de inversión de giro
Se utiliza la misma configuración del circuito de potencia del sistema de
control del acelerador, como se muestra en la figura 4.22.
Rl
Figura 4.22 Diagrama del circuito de potencia
113
Se tiene como datos los siguientes parámetros :
Voltaje =12VDC
Corriente del motor IM
Donde se tiene:
PM 48T.. = . . _ 5 a A = TV,
VBAT - 2 VcESATQ! 12-2(1.5) '
Se considera una comente de 2 veces la IM para el dimensionamiento de
los transistores, debido al arranque del motor obteniéndose una corriente de 10A.
Se elige el transistor TIP33 de Motorola cuyo reemplazo es el ECG 390; sus
características están en el anexo A.
De acuerdo a las características del transistor se requiere en la base de Q2,
una comente de 250 mA.
114
Ib<32
ICQSIbgs > —— Para garantizar la saturación del transistor
Se elige Q8 el transistor ECG 123A cuyo/? característico es de 100
ICQS 250 mA
Ibqs — Icqi2
A partir de la figura 4.22 se tiene:
VCEQ4 - VBEQ4 '- VflEQS - VcESATQ12Rl =
ICQ12
1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = - — = 14.40
12.5 mA
Por lo tanto se elige el valor de Rl = 15Í2
4.3.2.2.3 Protecciones
Para el dimensionamiento del fusible se considera un factor de l.Sveces la
IM, por lo tanto la capacidad de comente que debe soportar es de:
liusibie=1.5xln= 8A.
Debido a que la carga es inductiva se usan diodos de recuperación rápida
para eliminar la energía acumulada en el motor en el momento de la
conmutación. Se dimensionan para la corriente nominal lM=5.3A
115
Por lo tanto, se elige el diodo ECG 1N4934
4.3.2.3 Programa de control del acelerador y freno
El programa de control consta básicamente de tres partes: INICIAL1ZACION,
PROGRAMA PRINCIPAL, INTERRUPCIONES Y SUBRUTINAS.
En el flujograma 4.1 se muestra el diagrama de flujo correspondiente a la
inicialización.
El bloque correspondiente a la inicialización se ejecuta siempre que se
reinicialice el microcontrolador lo cual ocurre al encender el equipo, al producir
un reseteo manual o debido a un reseteo del watch dog timer.
En la tabla 4.2 se muestran los valores que toman algunos registros después
de un reseteo o reinicialización:
Registro
ACC
DPTR
PC
SP
IE
TMOD
TCON
Valor
00 H
OOH
OOOOH
07H
OXXOOOOOB
OOH
OOH
Tabla 4.2 Valores que toman los registros luego de una reinicialización
116
INICIALIZACIQN
DEFINICIÓN DE ETIQUETASY DIRECCIONES
DESHABIUTACION DE LOSCIRCUITOS DE POTENCIA
HABILITACIÓN Y CONFIGURACIÓNDE LAS INTERRUPCIONES
/ \T \I
\L /
N<
SALTO AL PROGRÁyAPRINCIPAL
LA PALANCA DEL CARBURADORDEBE RETORNAR COMPLETAMENTE
EL PEDAL DEL FRENODEBE RETORNAR COMPLETAMENTE
LIMPIAR LOS REGISTROS DONDESE ALMACENAN LOS DATOS
FLUJOGPAMA 4.1
Al producirse un reseteo es importante que el microcontrolador distinga
entre el reset manual y el reset del WDT, ya que en el primer caso se enceran o
limpian las localidades de memoria en las cuales se almacenan los datos como:
información de la posición de la palanca del carburador y del pedal del freno, el
número de leds que se encuentran encendidos de acuerdo a la posición
alcanzada en los sistemas, banderas que se activan de acuerdo al sentido de giro
del motor, mientras que el reset del WDT permite reinicializar el microcontrolador.
El enceramiento de las localidades se realiza ya que, si en alguna de estas
localidades se carga con un dato aleatorio, cosa que puede ocurrir
principalmente al encender el equipo, el micro realizará tareas erróneas. Se debe
indicar que cualquiera que sea el tipo de reseto es necesario siempre configurar
los registros que se utilicen como son las interrupciones.
En el flujograma 4.2 se muestra el diagrama de flujo correspondiente al
programa principal.
El programa principal realiza las siguientes funciones:
Como primer paso se activa una bandera que indica el inicio del
programa principal, para posteriormente habilitar el circuito del WDT. Luego se
procede a leer el dato del conversar A/D del acelerador (localidad 6000H).
Con el dato leído en el programa se discriminan aquellas lecturas que se
deban a pequeñas variaciones en el potenciómetro que se uitliza como botón de
mando. Si el dato es válido se calcula una nueva señal de referencia en base a la
cual se desplazará el motor en cualquiera de los dos sentidos de giro.
118
PROGRAMACIÓN1NICÍAL
:íi 1*1
I HABÍLli
i
i
~I
'ACIÓN DELWDT
LECTURA DEL CONVERSORA/D DEL ACELERADOR
/ES UN'/ DATO -fv\E CALCULA LA
SEÑAL DE REFERENCIA
i
/tAMB!ü>\A /
\/
¿ GIRO N0
OTOR EN\O +/
,-' EíiAL DE
\PUAL A SEÑAL DE/'\. /
\/
A/ \\L A ES-JAL DE .
"• FZFERAt-iCR /-..
_" "'
1DESHABUJTACION DEL WDTHABÍ LITACIÓN DEL WDT
I
LECTURA DEL CONVERSORA/D DEL FRENO
í\O_
/ES UN\' DATO "-•
x. VALÍ DO? /--.
SE CALCULA LASEÑAL DE REFERENCIA
NO lA SEÑAL DE\A /
C b
/GIRO\NO
/EL MOTOR EN>\SENT1DO
/\Q /
DE\E
REFER
Si^—
( F I N )
NO
XÍENAL DE
A SENM. DE /
FLUJOBRA^W. 4.2
Como ya se indicó, el desplazamiento de la palanca del carburador se
dividió en 8 intervalos diferentes con el fin de facilitar el algoritmo del programa de
control. El conversar A/D puede entregar 256 lecturas diferentes, por lo tanto, si se
requieren de 8 intervalos se tiene que cada uno de ellos debe tener 32 lecturas
diferentes.
Los intervalos son los siguientes:
INTERVALO
12345678
VALORES
OOH-1FH20H-3FH40H - 5FH60H - 7FH80H-9FHAOH - BFHCOH - DFHEOH - FFH
Tabla 4.3 Intervalos del acelerador
La división de los 256 valores en 8 intervalos se consigue con rotaciones
hacia la derecha del dato leído. Con cada rotación se divide el dato para dos,
por lo tanto para conseguir los 8 intervalos es necesario realizar 4 rotaciones, con
este dato se procede a comparar con la lectura anterior para establecer si hubo
un cambio de intervalo, y si es el caso se calcula la nueva señal de referencia
como la diferencia entre el nuevo dato obtenido y el dato de la lectura anterior, y
en base a este resultado el programa establece si el motor debe girar en un
sentido o en el otro.
121
Una vez que se determina el sentido de giro se habilita el circuito de
potencia y se espera por los pulsos de realimentación, cuyo número debe
igualarse con la señal de referencia. Dichos pulsos se reciben a través del pin de la
interrupción 1 (INT1).
Luego que el microcontrolador ha realizado las tareas correspondientes al
acelerador, procede a leer los datos correspondientes al freno, cuyas tareas son
semejantes a las anteriormente mencionadas, y los intervalos en los que se halla
dividido el rango de lecturas del conversar análogo-digital son:
INTERVALO
12345
VALORES
OOH-3FH40H - 7FH80H - BFHCOH - DFHEOH - FFH
Tabla 4.4 Intervalos para el freno
La interrupción 1 está encargada de recibir los pulsos de realimentación
para el control el acelerador y freno así como las señal de los finales de carrera
del acelerador. Entonces, cuando se genera la interrupción, primero procede a
identificar el origen de la misma. Si es provocada por los pulsos de realimentación
compara con la señal de referencia, en el caso de ser iguales detiene el motor,
caso contrario espera por el siguiente pulso.
Aquí se debe mencionar un punto importante. Debido a la inercia que
posee el motor utilizado tanto para la aceleración como para el freno del
vehículo, se producen sobreimpulsos en la respuesta de la posición hasta alcanzar
122
la posición deseada. Por ello, se implemento un freno con inversión de giro para
de esta manera conseguir la posición deseada en el menor tiempo posible.
Por otro lado, si la interrupción se genera desde uno de los finales de
carrera, se debe identificar cuál es el presionado para ordenar la deshabilitación
del circuito de potencia. En el flujograma 4.3 se muestra el diagrama de flujo
correspondiente a la interrupción 1.
La interrupción O (INTO) se encarga del control de los finales de carrera del
freno, cuyo diagrama de flujo está en el flujograma 4.4.
Las subrutinas que forman parte del programa están básicamente para
generar los retardos de tiempo necesarios para la aplicación del freno de giro del
motor DC.
123
f ESTER 1 }_,-'
LEER LOS EATQ3 QUE ENVÍANLOÓ FWALE3 DE CARRERA
CtL ACELEfiAÜOR
1.
.-'"FRE5Í0HAOÜ--.. :AL0JM FÍHAL DE '--" "e)
NíA--- np CURTÍ i'4-í'--- ~l .----'P-lLaüS tu"---.. s¡
Lt tíirv»-1 v?v — — ' -1.-..IV1 i. t ft ¿.»-Ufi! —-FIARA EL >-^<]iAiAL A L*. íQíAL .'•---jjCELERADOR,.,-
NO.
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1SJAL A LA ÍSÍAL"'
NO - DE ano {-)PARA EL '
^FREHQ^
EL SRO (•+)ffiL MOTOR
SE APLICA EL FREHQAL mm.
2E ülüraií. EL OÍ.TQ
COftRESf-Offi:©!TEA LA POSdDH
DESHABiLITARC€LÍ
EL S1RO?R
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5E APLICA EL FKEHO/L MOTOR
SE GUíraft EL DATOCORRESPONDIENTE
A LA PQ3BIDN
DESHiBILITAJí EL 3ÍRJÜ (•+}DEL MOTOR DEL FREHü
5E AFLEA EL FREHO/l MOTOR
5E OUAKEft EL DATOCORRESPOMPiEHTE
A LA POSK3DH
"ELPULSOS E£f--
A5¡
DE5HAB1UTAP. EL GiRO {-}DEL HOTOS DEL FKEHO
DE5HABIUTAR EL fflRO i'-")DEL «OTOR DEL FRB-iO
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SE eUlRüA EL DATOCORRE5POH0EHTE A LA
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5E APLiCA EL FREHOAL MOTOR
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5E AF1IG.¿. EL FRENO/•I MOTCft
5E G4RQA EL RECiSIROOORRESPOKDÍEHTE
A IA F*0SiC!Ot-i
1
SE ff'fStü LOSLEOS DE PD2OOH
.
2£ GÍBÜÍ. EL RE2ETKÜCÜRRESPQM3IB-JTE
Ik LA POSiCIOH
i
SE Q«Ef-!£í£H LOSiFrr^ DE poacuw
B r T 1 í
ÁyA 4,4
CAPITULO V
CONTROL DEL EMBRAGUE
5.1 Introducción
El embrague es un sistema mecánico cuya finalidad es transmitir el
momento de giro del motor al mecanismo de cambio de velocidades y es
necesario para la puesta en marcha del vehículo.
Este sistema de embrague se encuentra en todos los vehículos por ello, fue
necesario tener un conocimiento básico de su estructura y funcionamiento para
establecer por ejemplo el lugar más apropiado y realizar el accionamiento de este
sistema. A continuación se presenta una breve explicación del sistema de
embrague.
5.1.1 Principio de funcionamiento del sistema de embrague
El sistema de embrague es un dispositivo mecánico cuyo funcionamiento
se basa principalmente en la fricción entre dos cuerpos para aplicar una fuerza
impulsora a un miembro impulsado.
Los principales tipos de embrague con los que puede contar un vehículo
son:
1. Embragues de fricción
127
2. Embragues de membrana
5.1.1.1 Embragues de fricción
En los vehículos con cambio de velocidades accionado a mano se
emplean embragues de fricción, y según sea el número de los discos de
embrague se tienen: embragues de un solo disco, de dos discos y embragues de
discos múltiples funcionando en seco o en aceite.
El embrague de disco sencillo se usa exclusivamente en los automóviles de
pasajeros. El embrague de dos platos se usa en los automóviles de alto
rendimiento y el de discos múltiples se usa en algunos camiones.
El embrague de un solo disco consta de tres partes principales: tapa, disco
del embrague y mecanismo de desembrague como se aprecian en las siguientes
figuras 5.1a ; 5.Ib y 5.1 c.
5.1a
128
Volint» dei motor
Gu»rnición o forrodal «mbragu» —•
D(*co de embrague
Cubo a»
Plací d« pretiándal
Árbol úe embrague--....
Soporte da su!» —del embrague
Soport* d* fítroceto o deaem-ador con anillo d& grafito
d«
Árbol de dctembraQua
Tspi dal «mbragu*
futían*» dal arnbraou*{6 i 12 rmicrtai distribuido»en 11 periferia}
5.1 b
Cojinete dedesembrague
Manguito
TAPA
Tuercas de pernos deDial
DISCO
PASADOR
PtWNODEOJAL
PALANCA DE DESEMBRAGUE
TIRANTE
RESORTE OE PALANCA DE DESEMBRAGUE1 X
5.1 c
Figura 5.1 Embrague de un solo disco
129
La tapa del embrague puede ser de hierro fundido maleable o de plancha
de acero. A ella van aplicadas'tanto la placa como la palanca de desembrague,
además de la placa de presión y, según sea el tipo de embrague, se tiene un
resorte de presión central o de 6 a 12 resortes dispuestos en la periferia de la placa
de presión.
A continuación se describe el funcionamiento del embrague de fricción de
un solo disco; sin embargo, se debe indicar que el funcionamiento de los otro tipos
de embrague de fricción es semejante.
5.1.1.1.1 Embrague cuando se halla acoplado
Los resortes aprietan la placa de presión del embrague contra el disco, tal
como se indica en la figura 5.2.
Figura 5.2 Embrague acoplado
130
Como el disco puede desplazarse axialmente sobre el árbol de
accionamiento, la placa de presión lo aprieta contra la superficie de rozamiento
del volante del motor. De esta manera, el volante queda acoplado, por la acción
de las fuerzas de rozamiento, con el árbol de accionamiento de la caja de
cambios a través del disco del embrague. Como el volante y la tapa del
embrague están atornillados entre sí y la placa de presión del embrague está
unida a la tapa por medio de unos tetones de arrastre, el disco del embrague es
accionado tanto por el volante como por la placa de presión del embrague.
Los embragues deben disponerse de modo que el momento de giro que
puedan transmitir sea entre el 50 y 100% mayor que el máximo momento de giro
producido por el motor.
5.1.1.1.2 Embrague cuando se halla desacoplado
Para la explicación se utiliza la figura 5.3.
Juego deseparación
Figura 5.3 Embrague desacoplado
131
Al accionar el pedal de embrague, el cojinete de desembrague se
aprieta contra la placa que acciona la palanca de desembrague. Esta palanca
levanta ahora la placa de presión del embrague venciendo la fuerza de apriete
de los resortes y la separa del disco del embrague. De este modo éste se
desprende de la superficie de fricción del volante y queda libre entre éste y la
placa de presión. La transmisión de fuerzas queda interrumpida. Si se suelta de
nuevo el pedal de embrague, éste vuelve a acoplarse. El pedal y el cojinete de
desembrague vuelven a su posición inicial por la acción de un fuerte resorte de
retroceso.
5.1.1.1.3 Juego de separación
Se denomina así a la distancia entre las dos superficies de guarnición del
embrague con la superficie del volante y con la superficie de la placa de presión
del embrague cuando están desembragadas. La distancia entre la superficie del
volante y la guarnición orientada hacia él es de 0.3 a 0.5mm. Como la distancia
entre la superficie de fricción de la placa de presión del embrague y la cara de
guarnición orientada hacia ella tienen la misma magnitud, el juego de separación
resulta tener, en total, de 0.6 a Imrn.
El único ajuste que se hace en el embrague es en el juego del pedal, es
decir, la distancia a que se mueve el pedal antes de que empiece a comprimir los
resortes. En general, el juego libre es de aproximadamente 2.54cm [1 pulg) como
se indica en la figura 5.4. Sin dicho juego habría una presión en el cojinete de
desembrague y una tendencia del embrague a resbalar, tal condición ocasionará
un desgaste rápido de los cojinetes de desembrague y los revestimientos del
embrague
132
Tope
é
("omitió d» correcciónTupí para «I pednl dn «mbrague
Figura 5.4 Juego libre del embrague
5.1.1.2 Embrague de resorte de membrana.
Este tipo de embrague lleva el denominado resorte de membrana que
realiza las funciones de la palanca de desembrague y del resorte de presión del
embrague. El resorte de membrana es un resorte en forma de plato o de disco
provisto de ranuras radiales, tal como se muestra en la figura 5.5.
133
Figura 5.5 Embrague de resorte de membrana
Este tipo de embrague tiene la ventaja esencial de que su efecto de
acoplamiento es más suave, y puede ser de dos clases: de desembrague por
presión y de desembrague por tracción.
5.1.2 El pedal del embrague
5.1.2.1 Fuerza del pedal
En la siguiente figura 5.6 se puede observar la fuerza necesaria en el pedal
tanto para el embrague de fricción como para el de membrana.
134
Embrague conds presión
O Recorrido deJ pedal- — ~-
Figura 5.6 Fuerza necesaria en el pedal
Como se observa, la fuerza necesaria en el pedal del embrague es máxima
poco antes de comenzar el desembrague porque el resorte de membrana tiene
su máxima tensión cuando está plano. A la mitad de la carrera de desembrague,
la fuerza del pedal es de unos 130N, y cuando está del todo desembragado de
110N.
La línea de trazos señala los valores de fuerza en el pedal de un embrague
de fricción. En este caso, la fuerza que se ha de aplicar al pedal es mayor y
aumenta al aumentar la acción de desembrague.
Se debe aclarar que la fuerza necesaria para desembragar directamente
en la palanca es de aproximadamente 1.5 y 2 veces la fuerza que se requiere en
el pedal para los dos tipos de embrague.
5.1.2.2 Accionamiento mecánico del pedal del embrague
La fuerza del pie se transmite a la palanca de desembrague a través del
pedal de embrague, haciéndose uso ya sea de un conjunto de varillas o a través
135
Cilindro emisor
Varilla cto presión
Cilindro receptor
Tubo flexible Resorte derecuperación
Figura 5.8 Accionamiento hidráulico del embrague
5.2 Alternativa propuesta.
Analizado el funcionamiento del embrague, así como la manera de
accionarlo sea esta por medio de cable, sistema de varilla, o a través de un
sistema hidráulico, se decidió realizar un sistema operable electrónicamente,
como otra alternativa para conseguir el accionamiento del embrague.
Se decide actuar sobre la palanca de desembrague por las siguientes
razones :
137
1.- Se requiere implementar un sistema general, aplicable a cualquier vehículo sin
importar el tipo de embrague y accionamiento con el que éste disponga
2.- El rango de desplazamiento de esta palanca es mucho menor que en el pedal
del mismo sistema, facilitando de esta manera una mayor rapidez en el control.
3.- Si se aplica el control directamente en el pedal del embrague como en el caso
del sistema de freno, se necesitaría de un motor de caracteerísticas mecánicas
especiales en su sistema de engranajes capaz de mantener la posición del pedal
cuando este se encuentra sin energía debido a la gran fuerza que se debe aplicar
(200N).
Por lo tanto se decide realizar el control electrónico en base a un
mecanismo de acción hidráulica sobre la palanca de desembrague con la
utilización de un motor de DC, permitiendo de esta manera realizar un efectivo
control de posicionamiento como se observa en la figura 5.9.
Motor DCBomba hidráulica
Cilindro receptor
Palanca de desembrague
Figura 5.9 Sistema de control de embrague
138
5.3 Diseno y construcción del sistema de control del embrague
En resumen el objetivo del sistema es controlar la función del embrague en
un automóvil utilizando un control electrónico. El sistema está constituido de las
siguientes partes :
1. El sistema mecánico.
2. El sistema de control electrónico.
3. El programa de control
En la figura 5.10 se presenta un diagrama del sistema de control del
embrague
Botón decontrol
Circuito decontrol
Actuador
A.Circuito de / \ ^ i |Potencia r\
^Realimentación
Sistemahidráulico
(
^^^^
i Eje
Palanca deembrague
Sensor/ Óptico
1
Pulsos deposición
Figura 5.10 Diagrama del sistema de control del embrague
139
5.3.1 Diseño del sistema mecánico
Los elementos mecánicos que a continuación se describen forman parte
de un módulo cuya finalidad es simular el funcionamiento del sistema de
embrague de un vehículo.
El módulo mecánico consta de los siguientes elementos :
• Una base para el ensamblaje de todas las partes mecánicas de 45cm de largo
porSOcm de ancho.
• Un motor DC.
• Un sistema de propulsión de arranque denominado sistema "Bendix".
• Un sistema hidráulico compuesto por un cilindro principal y un cilindro receptor.
• Tubería de cobre para conducir el fluido hidráulico hacia el cilindro receptor.
• Un riel.
• Un rodamiento de 3cm de diámetro.
• Un resorte de recuperación.
• Un brazo metálico de 20cm de largo que sustituye a la palanca del embrague.
• Soportes para el motor y sistema hidráulico.
En el eje del motor se debe acoplar el perno roscado del sistema Bendix
(propulsor de arranque) mediante suelda para tener una sujeción fuerte y segura.
En la figura 5.11 se observa el sistema en mención.
140
* Oí" «* JT í»
Figura 5.11 Sistema Bendix
Se eligió un sistema Bendix cuya rosca es de 4cm, para de esta manera
conseguir un mayor recorrido lineal de la tuerca y permitir que el sistema funcione
con una rapidez adecuada. De la tuerca del sistema Bendix, se necesita
únicamente la parte roscada, por tanto, se debe recortar el resto.
A la tuerca del sistema Bendix se acopla mediante suelda, una pieza
cilindrica de 2cm de largo y con el diámetro similar al de la tuerca, con el fin de
realizar un sistema de apoyo para la varilla de empuje de la bomba hidráulica.
Una buena opción es hacer una rosca para permitir la calibración de la varilla de
empuje y por consiguiente del juego del embrague. Como se indicó, la tuerca
debe deslizarse linealmente para lograr el efecto de empuje deseado, por lo tanto
es indispensable construir un riel, y soldar un soporte en la tuerca para que éste se
deslice sobre el riel. Para evitar rozamiento se acondiciona un rodamiento al
soporte.
A continuación se enumeran los pasos para- ensamblar el
módulo mecánico:
141
1- El motor DC, la bomba hidráulica y su cilindro receptor se sujetan firmemente a
la bdse metálica mediante pernos.
2.- El brazo o palanca del embrague se sujeta en un extremo a la base metálica
por medio de un perno que hace la función de eje de rotación. En el otro extremo,
el vastago del cilindro receptor se acopla a la palanca por medio de un pasador
roscado.
3.- Cerca de este extremo también se sujeta el resorte de recuperación para
simular adecuadamente el funcionamiento del embrague ya que en este trabajo
no se dispuso de un vehículo para la instalación de los dispositivos.
En la figura 5.12 se puede observar todo el sistema ensamblado:
Figura 5.12 Módulo mecánico implementado
142
Una vez que se ha descrito el montaje del sistema mecánico, se procede a
describir su funcionamiento.
El funcionamiento del sistema mueve la palanca de desembrague a partir
del giro del eje roscado del motor, el cual desplaza linealmente la tuerca que se
encuentra acoplada a dicho eje, permitiendo accionar el sistema hidráulico y con
ello el embrague.
El desplazamiento de la palanca se'realiza mediante un sistema de
posicionamiento discreto, es decir, su movimiento no necesariamente debe ser
•continuo pues se tiene claro que hay posiciones o intervalos en los cuales el
embrague actúa con mayor o menor intensidad provocando así .diferentes
efectos en el movimiento del automotor.
Es así como podríamos distinguir 4 posiciones definidas :
• La primera llamada "juego del embrague" que tiene un pequeño movimiento
de unos 3 a 5 mm .
• La segunda posición en la que el mecanismo comienza a funcionar y que a su
vez es utilizada conjuntamente con el acelerador para provocar el movimiento
suave del vehículo.
• En la tercera ubicación el embrague comienza a desacoplar el torque
proporcionado por el motor a la transmisión.
• En la cuarta posición el sistema desacopla totalmente el momento del motor a
la transmisión y se usa en esta ubicación para el cambio de velocidades.
143
5.3-2 Diseño del sistema de control electrónico
El sistema de control electrónico se encuentra conformado por dos
circuitos :
- Circuito de control y
- Circuito de potencia . ' '
A continuación se realizan los diseños correspondientes tanto al circuito de
control como al circuito de potencia.
5.3.2.1 Diseño del circuito de control
Como se indicó en el capítulo II, el sistema de control del embrague es
operado por un solo microcontrolador 8751, por lo tanto, para este sistema es
necesario hacer uso de otra tarjeta MCPD51 así como de circuitos adicionales,
que en conjunto cumplen las siguientes funciones:
1.- Leer la señal análoga (O a 5V) enviada por el botón de mando del embrague.
2.- Digitalizar esta señal, procesarla y enviar señales de control de O ó 5 V al
circuito de potencia para ubicar el eje del motor en determinadas posiciones.
3.- Proporcionar al usuario, de manera indirecta, la información de la posición en
la que se encuentra la palanca del embrague a través de una barra de leds.
144
4.- Verificar la ubicación del eje del motor por medio de un codificador óptico.
5.- Retomar el control del sistema si por alguna causa este se pierde usando
señales de finales de carrera.
A continuación se presenta en la figura 5.13 el diagrama de bloques del
circuito de control:
Señalanáloga
Microcontrolador
Amplificador deComente
Amplificador deComente
Indicadores luminosos deposición
Pulsos deposición
Circuito auxiliar pararetomar el control
Figura 5.13 Bloques que conforman el circuito de control
Seguidamente se presentan los diseños de los circuitos que conforman el
circuito de control.
145
5.3.2.1.1 Diseno del botón de mando
Se utiliza un botón de mando con las mismas características eléctricas y
mecánicas de los utilizados tanto para el control del acelerador como para el
control del freno. Figura 5.14
7 . 5 cm
2 cm
2cm
Figura 5.14 Botón de mando del embrague
5.3.2.1.2 Acondicionamiento de señal del botón de mando
El circuito para el acondicionamiento de señal del botón de mando es el
mismo que se usa para los botones del acelerador y del freno. Figura 5.15
146
Salida delfiltro RC
VOLTftGE REGUL-ftTOR R oonvVI G VO
ND
^ "
|_^ C
ri —
Botón demando P
Al conversoír ADC
Figura 5.15 Circuito acondicionador de señal
Donde :
R= Ó8CO
C=0.1(iF
5.3.2.1.3 Acondicionamiento de las señales de control para el circuito de potencia
Las señales para habilitar el circuito de potencia se tienen en los pines Pl.O
y Pl.l con los niveles que se indican en la tabla 5.1 de acuerdo con la acción que
se quiera conseguir en el vehículo.
DESEMBRAGUE
Pl.O
Pl.l
EMBRAGUE
Pl.O
Pl.l
SEÑAL EN LOS PINES
OL
1L
SEÑAL EN LOS PINES
1L
01
Tabla 5.1 Combinación de señales en Pl .0 y Pl .1
para embragar y desembragar
147
Al igual que para el caso del acelerador y freno, las señales de P1.0 y Pl.l
se manejan a través del circuito 74LS244 cuyas señales de habilitación se manejan
igualmente con una compuerta AND, para proteger a la fuente de alimentación
cuando en los dos pines se tiene un 1L
Además, el circuito se desacopla de la parte de potencia a través del
optoaislador ECG3086, por lo tanto, en la figura 5.16 se muestra el diagrama de
bloques del circuito utilizado.
MicrocontroladorAmplificadorde corriente
Pl.O
Pl.l
Habilitación delcircuito de potencia
M>Habilitación del
*• circuito de potencia
Figura 5.16 Acondicionamiento de las señales de control
El circuito de la figura 5.16 es el mismo que el diseñado para el freno en el
capítulo IV, por lo tanto, no es necesario realizar un nuevo diseño.
5.3.2.1.4 Diseño del circuito para los indicadores luminosos de posición
En la figura 5.17 se muestra el diagrama de bloques del circuito
148
íiC8751
I
rv>
!/
Bus dedatos
Barra deATCH resistencias Barra de led:
^>yv\WWYWYJV^..AA/Vywvyvwyvw
K>
LX
OO0
o
Figura 5.17 Diagrama de bloque del circuito para
los leds que muestran la posición
El circuito presentado forma parte de la tarj'era MCPD51, por lo cual no es
necesario realizar ningún tipo de diseño.
5.3.2.1.5 Diseño del circuito para retomar el control del sistema
El presente circuito tiene la finalidad de retomar el control del sistema, en el
caso de que éste haya perdido el control sobre la posición de la palanca del
embrague.
Se utilizan dos interruptores de fin de carrera NO en las posiciones inicial y
final del rango de operación de la palanca del embrague, tal como se indica en
la figura 5.18.
149
Palanca del Embrague
Eje derotación
— NO
Figura 5.18 Ubicación de los finales de carrera
Las señales de los finales de carrera ingresan a un circuito individual para
eliminar los rebotes producidos en el cierre y apertura de sus contactos y luego a
una compuerta AND para manejar las señales de los dos finales de carrera con la
interrupción O (INTO), en la figura 5.19 se muestra el circuito eliminador de rebotes.
vcc
NO
i_¿
*\4
VCC
A LA INTERRUPCIÓN EXTERNAO DEL MICROCONTROLADOR
D
N0\4
Figura 5.19 Circuito eliminador de rebotes
150
El diseño del circuito es el mismo del numeral 3.3.2.2.5, por lo cual no es
necesario volver a realizar el diseño. Los valores de los elementos usados son:
R= 5ÓKH
c= i P.F
Para que el microcontrolador pueda ejecutar adecuadamente la acción
de retomar el control es indispensable enviarle información acerca de cual
interruptor de final de carrera fue presionado . Esto se consigue haciendo que los
datos que ingresan a la compuerta AND del circuito de eliminación de rebotes,
también pasen por el circuito 74LS244 de la tarjeta MCPD51. El circuito es el de la
figura 5.20.
Circuitos deeliminación derebates
Habilitación delmicrocontrolador
Al bus de datos delmicrocontrolador
>
74US244
Figura 5.20 Circuito para identificar el final de carrera presionado
151
5.3.2.1.6 Diseno del circuito de realimentación. Pulsos de posición
El circuito de realimentación proporciona al microcontrolador la
información de la posición de la palanca del embrague para que en base a ella
realice las tareas indicadas por el programal de control.
La lectura de la posición se realiza en la palanca de desembrague
utilizando un optoacoplador conjuntamente con una "tarjeta dentada" para
permitir o no el paso de la luz infrarroja generada por el diodo del optoacoplador
consiguiendo de esta manera O ó 5V. En la figura 5.21 se puede observar el
sistema utilizado :
Tarjeta dentada
sensor Óptico
Figura 5.21 Tarjeta dentada con su sensor óptico para enviar
la señal de realimentación al microcontrolador
El desplazamiento de la palanca del embrague de un automóvil es en
promedio unos 3cm, y como el intervalo se ha decidido dividirlo en 4 subintervalos
diferentes, lo cual hace que la tarjeta cuente con 4 ranuras cuya separación es de
0.75cm .
152
El circuito acondicionador para las señales enviadas por el sensor óptico
es el mismo que el utilizado para el caso del acelerador y freno, con la única
diferencia de que se necesita solo un inversor Schmitt Trigger antes de conectar al
pin de la interrupción O 1NTO, ya que ésta sólo maneja los pulsos del circuito de
realimentación del embrague. Por lo tanto, el circuito obtenido se muestra en la
figura 5.22. Los valores de resistencias son semejantes a los ya calculados en el
capítulo III numeral 3.3.2.2.6.
VCC
R2VCCo
Ri"-AAA
A LA INTERRUPCIÓN
EXTERNA O
74HC14
Sensor Óptico
Figura 5.22 Circuito de realimentación para el embrague
5.3.2.2 Diseño del circuito de potencia
5.3.2.2.1 Dimensionamiento del motor DC
Tomando como datos referenciales :
Una fuerza en la palanca del embrague de 1.8 veces la fuerza máxima
requerida en el pedal para un embrague tipo resorte de presión. Por lo
153
tanto se tiene que la fuerza es de 320N.
Un recorrido aproximadamente lineal de 3 cm del extremo de la palanca y
Un tiempo de desplazamiento total de 0.5 s
Puesto que el accionamiento del embrague es de tipo hidráulico se
consiguió en el mercado una bomba de 5/8" de diámetro (Oí) y un cilindro
receptor de 13/16" de diámetro (<E>2), por lo que se tiene una relación de fuerzas
dada por:
<x>r2
miL JF2 A2 fd>2Y di
^=0.59F2
Donde:
Al es el área del cilindro de la bomba y,
A2 es el área del cilindro receptor
dz es el recorrido del vastago del cilindro receptor
di es el recorrido del vastago del cilindro de la bomba
Fl es la fuerza aplicada al vastago del cilindro de la bomba
F2 es el fuerza que entrega el vastago del cilindro receptor
Se tiene que el recorrido del vastago del cilindro de la bomba di es de
5cm, por lo tanto, a partir de la ecuación [5.1] se tiene :
d2=dlx0.59 [5.2]
d2= 5cm x 0.59= 2.9cm
Fl=F2x0.59 [5.3]
154
Fl =320Nx 0.590 188.8N
Como se mencionó anteriormente se utiliza una tuerca y tornillo
implementado en el sistema Bendix para conseguir tanto el desplazamiento lineal
del vastago de la bomba asi como el accionamiento rápido del embrague.
Para determinar la potencia del motor se parte de las características del
tornillo (figura 5.23 ) las cuales son :
Longitud L= 5cm
Diámetro D= 1.8cm
Ángulo de inclinación del roscado a= 30a
Figura 5.23 Tornillo del sistema Bendix
A partir de la figura 5.23 se procede a calcular el torque del motor
155
ZFy = O [5.4]
N = F3-F4 . [5.5]
Fseos 60 = — [5.6]
Fi'F4
eos 30 = — [5.7]F2
A partir de [5.6] y [5.7] se obtiene Fs y F4 que se reemplazan en [5.5]
188.8N = cos60Fi-cos30F2 [5.8]
De la figura también se tiene que:
eos 60 = — [5.9]FT
FTeos 30 = — [5.10]
Fi
A partir de [5.9] y [5.10] se obtienen Fi y p2 que se reemplazan en [5.8], obteniéndose:
FT188.8N = cos60- -eos3O cos60 FT [5.11]
cosSO L J
De donde:
Fx = 1311N
donde FT es la fuerza tangencial del eje del motor
[5.12]
TM = 1311N 0.009 m = 11.7Nm
TM es el torque del motor
rM es el radio del eje del motor
Además, para un desplazamiento lineal de la tuerca de 5cm se tiene que
el desplazamiento angular del tornillo es de 6= 90° =n/2 rad.
156
Considerando un movimiento circular uniformemente acelerado se tiene :
9.f = 80+-ayt [5.13]
#0 = 0
Entonces a paritr de [5.13] se ti ene:
2 0f[5.14]
2-7 rad raday = — • - • = 6.28 - = 6QRPM
0.5 5 s
Por lo tanto la potencia requerida por el motor es:
P = TMfi?r [5.15]
P= 11.7 Nmx 6.28 rad/s = 73.4W
Se dispone de un motor DC utilizado en el sistema de limpiaparabrisas de
automóviles de las siguientes características :
Voltaje = 12Vdc
Corriente = 1OA
Jorque = 25 Nm
Dos velocidades 45 RPM y 60 RPM
Por lo tanto comparando con la velocidad wt calculada se tiene que el
motor cumple con esta especificación.
157
5.3:2.2.2 Puente de inversión de giro
Se utiliza la misma configuración del circuito de potencia del sistema de
control del acelerador. Ver figura 5.24.
Rl
Figura 5.24 Diagrama del circuito de potencia
Se tiene como datos los siguientes parámetros :
Voltaje =12VDC
Corriente del motor IM
Donde:
IM — •PM
VBAT - 2 VCESATQI
73.4IM = = 8.1A = In
12-2(1.5)
[5.16]
Se considerará una comente de 2 veces la In para el dimencionamiento es
decir ln= 16A
158
Se elige el transistor TIP3055 de Motorola cuyo reemplazo es el ECG 2304 y
sus características están en el anexo A.
De acuerdo a las características del transistor se requiere en la base de Q2,
una corriente de 750 mA.
I b Q 2 = I C Q S [5.17]
ICQ8> Para garantizar la saturación del transistor [5.18]p
Se elige Q8 el transistor ECG 123 A cuyo/? característico es de 100
ICQS 750 mA
. Ibqs =IcQi2 [5.19]
A partir de la figura anterior se tiene:
VCEQ4 - VBEQ4 - VBEQS - VcESATQ12Rl= ; • [5.20]
ICQ12 J
1.5 - 0.7-0.6-0.02 VRl = = 4.8H
37.5 mA
Por lo tanto se elige el valor de Rl = 4.7Í1
5.3.2.2.3 Protecciones
Para el dimensionamiento del fusible se considera un factor de l.Sveces la
In, por lo tanto la capacidad de corriente que debe soportar es de:
159
lfus¡bie=1.5xln= 12A.
Debido a que la carga es inductiva se usan diodos de recuperación rápida
para eliminar la energía acumulada en el motor en el momento de la
conmutación. Se dimensionan para la corriente nominal ln=8,l A
Por lo tanto, se elige el diodo 1N4934
5.3.2.3 Programa de control del embrague
La estructura del programa es semejante al programa que controla el
accionamiento del acelerador y el freno. Por lo tanto, a continuación se muestran
los diagramas de flujo de las partes que conforman el mismo.
El rango de las lecturas del conversar anáalogo-digital se encuentra
dividido de igual forma que para el caso del freno, como se muestra en la tabla
4.4.
160
\N
DEFÍNICION DE ETIQUETASY DIRECCIONES
DESHABIUTACION DE LOSCIRCUITOS DE POTENCIA
HABILITACIÓN Y CONFIGURACIÓNDE LAS INTERRUPCIONES
\T
"\L
/NOf
«£
LA PALANCA DEL EMBRAGUEDEBE RETORNAR COMPLETAMENTE
1"
LIMPIAR LOS REGISTROS DONDESE ALMACENAN LOS DATOS
SALTO AL PROGRAMAPRINCIPAL
FLUJOGRAMA
/"PROGRAMACIÓNI INICIAL
i
HABILITACIÓN DELWDT
1 '
LECTURA DEL COHVERSORA/D DEL EMBRAGUE
/ES UN\ DATO \O '?/
JJSE CALCULA LA i
>EÑAL DE REFERENCIA
t
/U 3ERAL DE\A ./
NO
GIRO/EL MOTOR EN"\SENT1DO +/
'•-.. /
N0
SI f
DE
. DEREFERWCIA /'
1N
\OiML A SEÑAL DE /\A /
SI
FLLUQ3FSAMA 5.2
EXTEF? 1
DE SEO (+)PAR*. EL
.--'-£>--,_,--" PULSOS ES'-., -a
1CU4L A LA SEÑAL ~>-
t
DESHAHLÍTAR EL SIRÓ (+)DEL MOTOR
SE APLICA. EL FKEHOAL MDTÜR
SE SUAK& EL DATOCORRE2POHDia-iTE
A u poaaoH
B. SIRÓ (-)DEL MOTOR
SE APLKA a R5£NOAL HD7OR
SE GWfiDA EL DATOGQRRESPOHHEhíTE
A LA P03QDH
FLUJOSRAUA 5.3
/ \^ \£
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FF
S
. ,-t
c §^
Htí
z £2\s
. «3
CAPITULO VI
SISTEMAS DE SEGURIDAD
6.1 Diseño del sistema de emergencia
La importancia de diseñar un sistema de emergencia se basa
principalmente en el hecho de que el control electrónico, encargado de realizar
las funciones de acelerar, frenar y embragar, puede eventualmente sufrir daños
eléctricos o de algún otro tipo, consecuentemente se perdería el control sobre el
sistema dando origen a accidentes. Es por esta razón que se precisó del diseño de
un sistema de emergencia que solucione en gran medida esta situación.
Considerando que se pueda presentar un mal funcionamiento del sistema
de control, se resolvió que el sistema de emergencia debe realizar la siguiente
función :
Al presionarse un pulsador, se debe conseguir la desaceleración del
vehículo, y en el mismo instante el freno debe actuar. Además, en esta misma
situación se deshabilita completamente el circuito que controla el embrague. El
pulsador de emergencia debe ubicarse estratégicamente en la cabina del
vehículo de tal forma que el usuario pueda acceder a él lo más rápido posible.
Con estas acciones se pretende que el vehículo se detenga
completamente en un tiempo muy corto.
A continuación se presenta en la figura 6.1 el diagrama de las conexiones
de los contactos de los relés del sistema de emergencia en los circuitos de
165
potencia respectivos.
ACELERADOR
6.1a 6.1b
EMBRAGUE
I12V >
ó.lc
Figura 6.1 Conexión de los contactos de los relés para el circuito emergencia
a) freno bjacelerador cjembrague
166
Eléctricamente el sistema funciona de la siguiente manera : al presionarse
el pulsador de emergencia, se energizan las bobinas de los relés Kl a K6 [ver figura
6.2) y sus contactos deshabilitan el ramal del puente del circuito de potencia del
freno que hace girar el motor en el sentido de retorno del pedal y al mismo
tiempo habilitan el ramal del puente en el sentido de avanzada . Una vez que el
pedal del freno se encuentra en el extremo de su rango de acción, es decir,
desplazado completamente, presiona el interruptor de final de carrera haciendo
que se apague el motor que lo hace mover (ver figura 6.3 b).
Una acción inversa se realiza en el puente del circuito de potencia del
acelerador. Los contactos de los relés deshabilitan el ramal del puente que hace
girar el motor en el sentido de avanzada de la palanca de aceleración del
carburador y al mismo tiempo habilitan el sentido de retorno, para producir de
esta manera la desaceleración del vehículo. Idénticamente, el motor que controla
el movimiento de la palanca se apaga al presionar el interruptor de final de
carrera (ver figura 6.3 a).
Se debe notar que tanto para el freno como para el acelerador, el final de
carrera que corta la alimentación del motor es el normalmente cerrado, por lo
cual éste se ha dimensionado de tal manera que, su contacto soporte la corriente
nominal del motor;, sin embargo, por facilidad de montaje en los módulos
mecánicos y disponibilidad en el mercado, se han utilizado finales de carrera para
TOA, en los dos casos, que en realidad no afectan en el funcionamiento del
sistema de emergencia. Además, se debe recordar que los finales de carrera NC
se utilizan también en el circuito que permite retomar el control.
167
12V
Pulsador de emergencia
Figura 6.2 Conjunto de relés que forman el circuito de emergencia
Palanca del carburador
Tope inicial
f—I
Tone final
Tope
Sistema acelerado Sistema desacelerado
Figura 6.3.a Accionamiento de los finales de carrera del acelerador
168
Pedal del freno
NO
Sistema con freno Sistema sin freno
Figura 6.3.b Accionamiento de los finales de carrera del freno
Cabe aclarar que una vez presionado el pulsador y realizadas las acciones
de emergencia, no se tiene control sobre los sistemas del acelerador, freno y
embrague sino hasta volver a presionar nuevamente el pulsador, habilitando de
esta forma los ramales de los puentes de los circuitos de potencia.
Con el fin de tener un sistema uniforme, se utilizan relés para un voltaje de
12V en la bobina y contactos capaces de soportar una comente de 8A, para los
tres sistemas de control.
6.2 Diseño del sistema de vigilancia para el microcontrolador (watch dog timer
WDT)
La función del watch dog timer (WDT) o circuito de vigilancia, es
reinicializar el programa implementado en el microcontrolador cuando por
169
alguna circunstancia interna o externa éste entró en un lazo infinito o simplemente
se cuelga. En esta situación, también se perdería el control sobre los sistemas
implementados, razón por la cual se diseñó un circuito capaz de sacar de esta
condición al microcontrolador.
Adicionalmente, el circuito de vigilancia informa al usuario del sistema, por
medio de un indicador luminoso, que hay una acción de reinicialización.
Cabe anotar que existen dos circuitos de vigilancia puesto que se utilizan
dos microcontroladores 8751 para todo el sistema de control.
En la figura 6.4 se presenta el diagrama de bloques de las partes que
conforman el circuito del watch dog timer:
Watch Dog Timer
P1.5
^iC
P1.6
P1.7
KESET
— | __ Circuito de— 1 Habilitación
"1U
Sn< tr
f
Circuito Circuito
nulso
4elección delipo de reset
Indicadorluminoso de resetporWDT
Reset manual
Figura 6.4 Diagrama de bloques del WDT
Como se puede observar en el diagrama, hay 4 circuitos bien definidos
que son:
170
- Un circuito de habilitación.
- Un temporizador con retardo en el encendido.
- Un circuito generador de pulso.
- Un circuito de selección, que indica al microcontrolador el tipo de
reinicialización que se produjo, es decir, si fue manual o debido al WDT.
- Un circuito para informar al usuario que se produce una reinicialización del
microcontrolador debido al WDT.
A continuación se presenta el diseño de cada uno de los circuitos que
componen el sistema de vigilancia WDT
6.2.1 Circuito de habilitación
Salida delcircuitogenerador depulso
vcco
/ Ql
74HC14
l_ CIRCUITO'TEMPORIZftDOR
Figura 6.5 Circuito de habilitación del WDT
Como se puede observar en la figura 6.5, se utiliza una compuerta AND de
dos entradas. En la una se conecta el pin P1.5 del microcontrolador que habilita al
WDT y en la otra, la salida del circuito generador de pulso a través de un inversor
171
para tener la lógica adecuada. Las dos señales deben estar en 1L para activar el
WDT-y una de ellas en OL para desactivarlo. La salida de la compuerta AND va
conectada directamente a la base de un transistor de señal usado como
interruptor para activar el circuito temporizador.
Al igual que en el numeral 3.3.2.2.5, se tiene que la corriente que circula por
el colector de Ql es de alrededor de 5mA por lo cual la comente en su base es de
0.25mA. De las características del circuito integrado 74LS08 se observa que la
corriente a la salida de la compuerta AND cuando está en 1L es de 0.8mA, por lo
tanto es suficiente para saturar el transistor Ql. En consecuencia se utiliza el
transistor ECG 123A.
¿.2.2 Circuito Temporizador
Del circuito dehabilitación
Al circuitogenerador de pulso(CGP)
x-"
J-nJ
-~ CJ2
5
^ C£1
1 **
f
F-rr-,
LM 5
f,
?
55
3
7
B
1
i
74HC14
R2 iT
74HC14
I> Al circuito deselección
Figura ó.6 Circuito temporizador
La estructura básica del circuito temporizador se obtuvo de la referencia
[4]-
172
Se diseña el temporizador con retardo en el tiempo de encendido de 2
seg, 'tiempo suficiente para qué el microcontrolador termine de realizar las tareas
del programa implementado en él; de lo contrario se asume que el
microcontrolador se colgó y luego de los 2 seg se envía una señal de OL al circuito
generador de pulso para que reinicialice al microcontrolador.
A continuación se calculan los elementos que proporcionan el retardo de
tiempo requerido.
treurdo — 1.1 R2 Cl
Sea tretardo = 2 S6g
A partir de la referencia [4]
Entonces:
_ tretardo 2s1.1 Ci
Se elige Ib = 2Mfl
= 1.82MH
[6.1]
6.2.3 Circuito generador de pulso
Vcc
Salida de B delcircuitotemporizador
C2
TRR
Q
DIS
CV THR
==F- LM B55
ft CIRCUITOSDE HABILITACIÓN,SELECCIÓN.E INDICfiDORLUMINOSO DE WDT
Cl
Figura ¿J Circuito generador de pulso (CGP)
173
Una vez que hayan transcurrido los 2 segundos, y no se tenga respuesta del
micro, el circuito temporizador envía una señal de habilitación (OL) al circuito
generador de pulso a través del pin 2. Con esta señal de habilitación el circuito
genera en el pin 3 del LM 555 (ver figura 6.7), un pulso de 200 mseg de duración,
tiempo suficiente para reinicializar el microcontrolador.
A continuación se indican en la figura 6.8 los niveles lógicos que se
obtienen a la entrada y salida del circuito generador de pulso cuando éste se
activa :
Entradapin 2
Salidapin 3
1L
OL
1L
OL200ms|
Figura 6.8 Señales en los pines 2 y 3 del LM 555 para el circuito generador de pulso
De igual manera que en el circuito anterior, la configuración del LM 555 se
tomó de la referencia [4], y el cálculo de los elementos que regulan la duración
del pulso se obtiene a partir de la relación [6.1]:
Sea t= 200 ms Ci = 0.1//.F y C2 = 0.01//F
De donde:
200msR =
1.1(0.1//F)1.82MQ
Se elige R = 2MH
174
6.2.4 Circuito de selección
74244 74373
ORS
Salida de Á del circuitot empor i z ador
RESET MftNUftL
DE SOLIDA CGP
RESET MflNURL
DE SPiLIDñ CGP
Figura 6.9 Circuito para seleccionar el tipo de reset producido
en el microcontrolador
El objetivo del presente circuito es identifficar el tipo de reinicialización
(reseteo) que se efectúa en el microcontrolador, pues es de gran importancia
para no perder el control sobre los sistemas implementados, ya que en un reset
manual se enceran (limpian) las localidades de memoria en las que se guardan
información referente a la posición de cada uno de los sistemas, mientras que un
reset generado por el WDT deja intactas las localidades de memoria utilizadas. El
circuito consta de compuertas OR, y circuitos de 3 estados, 74LS244, y 74373, tal
como se indica en la figura 6.9.
El funcionamiento es el siguiente. Cuando no se produce ningún tipo de
reseteo, las entradas de la compuerta ORÍ están en nivel bajo, mientras que al
producirse un reseteo manual se tiene un 1L a la salida de ORÍ, con cuyo valor se
habilita el latch 74LS373 guardándose el dato del circuito generador de pulso
175
(CGP) que en este caso es 01.
Al reinicializarse el microcontrolador, por medio del programa se habilita el
circuito 74LS244 poniendo un OL en el pin P1.6, y se lee el dato almacenado a
través del pin P1.7, que en el caso de un reset manual es un OL.
Por otro lado, cuando se produce un reset por el WDT la salida del circuito
generador de pulso se pone en 1L Este dato es almacenado a la salida del latch y
leído por el microcontrolador a través del pin P1.7, identificándose de esta manera
un reseteo generador por el WDT.
En ambos casos una vez identificado el tipo de reinicialización, el
microcontrolador realiza las instrucciones correspondientes al programa
implementado en él.
6.2.5 Circuito indicador luminoso de reset por WDT
vcc
Rl
ENTRADft ftINDICADOR LUMINOSODE RESET POR WDT
I_ED
Figura 6.11 Circuito para indicar un reset por WDT
El objetivo del circuito es alertar al usuario por medio de un indicador
176
luminoso que se produce una reinicializacion del programa del microcontrolador
debido a una mala operación de este.
El circuito funciona de la siguiente forma. La salida de un nivel alto de]
circuito generador de pulso CGP satura el transistor de señal haciendo que se
encienda el diodo led. Los valores de resistencias para este circuito son:
= 15 mA
Vcc - VCESATQI - VLED 5 - 0.4 - 1.5 VRi = = = —- = 206a
ILED 15 mASe escoge Ri = 200Q
ICQIIbqi = 5-— = 0.75mA con un J3 = 100
Entonces:
VsalCGP-VBEQl 5-0.7 V
Ibqi 0.75 mA
Se eligeR2 = 5.6KH
177
CAPITULO Vil
RESULTADOS EXPERIMENTALES
7.1 Integración de los controles del acelerador, treno, embrague y análisis de
resultados
Una vez desarrollados cada uno de los sistemas de control y así como los
respectivos módulos mecánicos para el acelerador, freno y embrague, se procedió
a observar y analizar el comportamiento de cada uno de los sistemas.
En el caso del acelerador se llegó a determinar experimentalmente el
tiempo de respuesta que le toma desplazarse todo el rango de acción a la
palanca del acelerador, llegándose a obtener un tiempo promedio de 0.5
segundos, valor que se obtuvo luego de varios ensayos realizados.
El valor antes indicado se ajusta adecuadamente a los requerimientos de
diseño que inicialmente se plantearon, ya que este valor de tiempo se estima
suficiente para conseguir la máxima aceleración en el vehículo.
Por otro lado, para realizar un cambio de marcha o frenar el vehículo,
aparentemente se necesitaría un retorno instantáneo de la palanca del
carburador; sin embargo, los carburadores cuentan con un sistema de
amortiguamiento para evitar una súbita desaceleración, ya que ello puede
provocar un apagado indeseado del motor, a más de que permite disminuir las
emisiones contaminantes. Por estas razones se ratifica que el tiempo de 0.5
segundos permite realizar un correcto accionamiento tanto para la aceleración
178
como para la desaceleración.
Otro punto importante es que, debido a la inercia rotacional propia del
motor se tenían sobreimpulsos en la respuesta de la posición haciendo que el
sistema oscile en un tiempo pequeño hasta alcanzar la posición requerida. Estas
oscilaciones resultarían perjudiciales pues en este caso se presentarían
aceleraciones y desaceleraciones notorias en el vehículo. Por esta razón se
implemento un control que permita eliminar dichas oscilaciones en el menor
tiempo posible, el cual consiste en invertir la polaridad de la alimentación al motor
consiguiendo un frenado casi instantáneo. Para la determinación del tiempo
necesario durante el cual debe aplicarse el frenado se usó el método de ensayo y
error, llegándose a determinar un valor de 13 milisegundos.
En el caso del sistema de freno se midió un tiempo de respuesta promedio
de 0.35 segundos, tiempo que se ajusta a los requerimientos de diseño. El error que
se involucra está dado principalmente por la manera en que se toman las
lecturas, la respuesta del accionamiento mecánico, etc.
De manera similar al sistema de aceleración, se utilizó un control de
posición basado en la aplicación de un freno por inversión de giro invirtiendo la
polaridad de la alimentación al motor. La determinación del tiempo que se
requiere para este frenado se realizó mediante el método de ensayo y error
llegándose a determinar que este debe ser de 23 milisegundos.
Al igual que en los casos anteriores se procedió a determinar el tiempo de
respuesta del accionamiento del sistema de embrague llegándose a medir un
valor promedio de 0.7 segundos para realizar la función de desembrague, y 0.5
179
segundos para la función de embrague. Esta diferencia se debe a que en el
desembrague se necesita vencer básicamente la fuerza del resorte del embrague,
mientras que en el sentido contrario, esta misma fuerza más el torque del motor se
encarga de retornar la palanca en menor tiempo.
La respuesta mecánica para el empuje de la palanca del embrague tiene
un retardo apreciable, que se sentiría en el vehículo al intentar hacer un cambio
de marcha demasiado rápido. Sin embargo, el retorno de la palanca se realiza en
un menor tiempo para no producir el desgaste innecesario del sistema de
embrague del automóvil.
Comparando el tiempo medido para desembragar con el tiempo impuesto
para el diseño hay una diferencia de 0.2 segundos los cuales pueden deberse a
ciertas consideraciones mecánicas que se despreciaron para el diseño como por
ejemplo: fricción entre las partes mecánicas así como el tiempo de respuesta del
sistema hidráulico.
En este caso se llegó a determinar que se necesita aplicar el freno por
inversión de giro del motor únicamente cuando se realiza la función de embrague.
Este tiempo es de 20.5 milisegundos.
También se realizaron pruebas combinando tanto el funcionamiento del
control del acelerador como el control del freno, para de esta manera determinar
si existe un retardo considerable entre el tiempo que toma el paso de un control
hacia el otro, obteniéndose un tiempo casi instantáneo que estimativamente se
asemeja al requerido por .el pie derecho en realizar el paso o cambio desde el
pedal del acelerador hacia el freno o viceversa.
180
ANEXOS
194
• Al combinar las acciones de embrague y acelerador, o embrague y freno
se observó que no se presentaron ningún tipo de inconvenientes cuando trabajan
simultáneamente los dos sistemas, pues dichos sistemas son controlados
independientemente.
Cabe mencionar que en el principio del desarrollo de la presente Tesis se
realizaron pruebas para determinar la factibilidad de un control simultáneo en los
tres sistemas implementados, sin embargo se llegó a concluir que era indispensable
que un microcontrolador realice el control del embrague y otro realice el control
de las funciones de freno y aceleración debido a que la respuesta de los sistemas
mecánicos son extremadamente lentas en relación con la del microcontrolador,
pues este debería realizar básicamente 6 tareas como son : acelerar, desacelerar,
frenar, desfrenar, embragar, desembragar o una combinación de estas,
provocando que eventualmente el microcontrolador no pueda atender una de
ellas por encontrarse realizando otra tarea, ocasionando acciones indebidas sobre
el automotor.
En cuanto a los valores de corriente que cada sistema consume se pudo
determinar con la utilización de un osciloscopio los siguientes valores:
Acelerador:
Corriente pico = 4A
Comente nominaN 2A
Freno:
Comente pico = 8A
181
Comente nominal^ 4A
Embrague:
Corriente pico = 13A
Corriente nominal= 8A
En lo que se refiere a la parte electrónica el principal inconveniente que se
presentó fueron los datos entregados por el conversar análogo-digital (ADC0804)
hacia el microcontrolador, ya que debido a la construcción propia del
potenciómetro (botón de mando) se generan pulsos durante el manejo del botón
indicado, las cuales son muy notorias cuando la lectura se encuentra bordeando
el límite entre un intervalo y otro, haciendo que dichas variaciones se reflejen en el
conversar A/D y por ende en el microcontrolador, por lo cual se generaban
oscilaciones de las partes mecánicas, mientras no se aleje del límite del intervalo.
El problema se solucionó a través del programa de control, creando una
"banda" para las lecturas. Por lo tanto, cuando el micro realiza una lectura del
conversar chequea si el dato se encuentra dentro de la banda; si es el caso no
realiza ninguna acción, y en caso contrario toma el dato como válido y pasa a
ejecutar las tareas de control. De esta manera se discriminan las lecturas
correspondientes a variaciones en el conversar A/D que ocasionan
accionamientos erróneos.
Con el fin de disminuir la influencia de señales de ruido que pudieran
captarse en los cables de los botones de mando por ser de una longitud
considerable, se han utilizado cables blindados.
182
Además, con la finalidad de mantener una temperatura adecuada para
los microcontroladores así com'o los transistores de potencia, se implemento un
ventilador que ayude a evacuar el calor generado en el módulo de control
electrónico.
En el anexo B, se encuentran fotografías en las que se muestran el montaje
de las tarjetas electrónicas, así como la estructura exterior del equipo desarrollado.
7.2 Análisis del costo del equipo
A continuación se muestra la evaluación económica del equipo
desarrollado
183
TARJETA MCPD51
Descripción
TarjetaMicrocontrolador 8751CristalResistenciaResistencia integradaCapacitor cerámicoADC 0804DiodoDiodo zenerC.I. 74HC14C.l. 74LS244C.l. 74LS373C.i. 72LS138Fines 10x2Sócalo 14 pinesSócalo 1 6 pinesSócalo 20 pinesSócalo 40 pinesJumperConector alimentación
Cantidad
222122
281222354104492102
Precio Unit.
100.000140.000
3.000200
1 .500500
35.000500700
4.5004.5004.0003.0001.0003.5004.0005.0007.000
5002.000
SUBTOTAL1
Precio total
200.000280.000
6.0002.4003.000
14.00035.000
1.0001.4009.000
13.50020.00012.00010.00014.0008.000
45.0001 6.0005.0004.000
$ 664.300
Tabla 7.1
184
TARJETA DE CONTROL
DescripciónNTE931Resistencia 5Q. 5WCondensador 2200jiFECG 964PortafusibleFusibleSócalo 8 pinesLM555Sócalo 14 pines74HC1474LS0874LS3274LS21Sócalo 20 pines74LS 37374LS 244ADC 0804CondensadorECG 123ATarjeta perforadaBorneraPines 10x2Resistencias1 N4007Condensador IjaF
Cantidad Precio Unit.1111115595211412188112276
11
50.0001.0003.5003.5002.000
500700
1.500800
4.5003.0004.0004.0001.5004.0004.000
35.0001.000
3008.0004.0001.000
2001.000
600
SUBTOTAL2
Precio total50.000
1.0003.5003.5002.000
5005.6007.5005.600
22.5006.0004.0004.0006.0004.0008.000
35.0008.0002.4008.0004.0002.0005.4006.0006.600
$210.700
Tabla 7.2
185
RJETA DE POTENCIA
DescripciónECG291ECG 123A1 N4934PortafusiblesSócalo 20 pinesSócalo 8 pinesSócalo 14 pinesECG 74LS244ECG 3086ECG 74LS08PulsadorRelésTarjeta perforadaResistenciasFusiblesBorneras
Cantidad4121233613611611231
Precio Unit.
5003.0002.0001500700800
4.5008.0003.0003.8009.0008.000
200500
4.000
SUBTOTAL3
Precio total
6.0036.000
6.0004.5004.200
80013.50048.0003.0003.800
54.0008.0002.4001.5004.000
$ 195.700
Tabla 7.3
VARIOS
DescripciónConectaresJack banana de audioInterruptorGabinete metálico 25x20x10Cable # 22 AWGTarjeta perforadaInterruptore final de carreraBotones de mandoVentiladorLedsJack bananaCable par trensado 8 hilos 3m
Cantidad4832
11
2m1631
1781
Preciot Unit.3.1001.0003.000
50.000300
8.0005.0002.800
25.000800
1.500
SUBTOTAL4
Precio total148.80032.000
3.00050.000
6008.000
30.0002.800
25.00013.600
1.500
$315.300
Tabla 7.4
186
MÓDULOS MECÁNICOS
• Descripción
ACELERADOR:
CarburadorMotorPolea metálicaCable de aceroBase metálicaPernos
FRENO:
MotorPedalBase metálicaBomba hidráulicaResortePernosCable de acero
EMBRAGUE:
MotorBomba hidráulicaResorteBase metálicaTornillo BendixPernos
Cantidad Precio Unit.
111116
11111
141
11111
10
30.000120.000
5.5001.000
20.000500
120.0005.000
20.000120.000
7.0007.0001.000
120.000120.000
8.00020.00080.000
500
SUBTOTAL5
Precio total
30.000120.000
5.500
20.0003.000
120.0005.000
20.000120.000
8.0007.000
120.000120.000
8.00020.00080.000
5.000
$811.500
Tabla 7.5
EVALUACIÓN ECONÓMICA TOTAL
Subtotal 1Subtotal 2Subtotal 3Subtotal 4Subtotal 5
$ 664.300$210.700$ 195.700$315.300$811.500
TOTAL $ 2' 197.500
187
CAPITULO VIII
CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
En el país las personas discapacitadas no cuentan con un verdadero
apoyo y amparo para tener acceso a un vehículo ortopédico importado, ya que
para ello es requisito tener un considerable respaldo económico que en muchos
casos resulta ser una barrera, por lo cual dichos vehículos podrían reemplazarse
con los existentes en el mercado local haciendo uso de tecnología desarrollada en
el país con el fin de abaratar costos.
El equipo desarrollado es una alternativa tecnológica para ayudar o
permitir la movilidad autónoma de una persona dlscapacitada, para de esta
manera conseguir su integración social, laboral, económica a la que en muchas
ocasiones han sido marginados.
El equipo ha sido desarrollado y probado en módulos mecánicos cuyas
partes se asemejan a las de un automóvil debido a la no disponibilidad de un
vehículo; sin embargo, resultaría Interesante y beneficioso para las personas
discapacitadas que éste pueda ser ¡mplementado en un vehículo verdadero,
para de esta manera conocer con exactitud el rea comportamiento, en el caso de
que las funciones del acelerador, freno y embrague se realicen a través del sistema
electrónico desarrollado.
Para la construcción del equipo se han realizado adaptaciones de
elementos existentes en el mercado local, como es el caso de los botones de
mando, que son potenciómetros lineales a los que se les ha añadido un resorte con
188
el fin de que los controles sean manipulados con las manos, a más de que deben
facilitar tanto la conducción del vehículo como el manejo de los otros elementos
del mismo. Otro caso es el uso del perno y tuerca del denominado sistema Bendix,
los cuales por medio de su desplazamiento lineal posibilitan el accionamiento de la
bomba hidráulica que a su vez mueve la palanca del sistema de embrague.
El uso de los motores de los limpiaparabrisas facilita enormemente el
accionamiento del'sistema mecánico, así como el montaje, ya que el conjunto de
engranajes forma parte del motor, además de que están diseñados para trabajar
en el ambiente de un vehículo estándar. Además, debido al gran torque que
poseen se independiza de cierta forma el tipo de accionamiento mecánico con el
que pueda contar tal o cual vehículo.
El circuito de control electrónico cuenta con dos tarjetas MCPD51 ya que se
utilizan dos microcontroladores, además de que su uso se debe principalmente a
la facilidad que brindó en el desarrollo del programa de control así como en el
manejo de los pórticos del microcontrolador para conseguir el control de la
aceleración/desaceleración, frenado/desfrenado, embrague/desembrague
permitiendo un ahorro de tiempo en el desarrollo de la tesis. Sin embargo, con el fin
de optimizar el espacio físico utilizado podría pensarse en el desarrollo de una sola
tarjeta en la que se incluyan los dos micros y que además cuente sólo con los
elementos necesarios para realizar las tareas antes mencionadas.
Por la forma como funcionan tanto el sistema de control electrónico como
el sistema mecánico, es posible que el vehículo en el cual se ¡triplemente el equipo
pueda ser conducido tanto por una persona discapacitada físicamente como por
una persona en plenitud de sus condiciones físicas.
189
El control del'acelerador, freno y embrague a través de botones representa
una nueva forma de conducción por lo que se requerirá de un tiempo de
adiestramiento hasta lograr coordinar el movimiento en las manos para realizar
una acción determinada sin que tenga que descuidarse el control sobre el volante
del vehículo u otras partes. Se debe tener presente que el sistema está orientado
para una persona discapacitada físicamente.
El uso de los microcontroladores facilita enormemente las tareas de control
que con otros elementos digitales o análogos resultarían muy complejas, a mas de
que cualquier ajuste o variación en el sistema tomaría demasiado tiempo.
Con el fin de brindar seguridad al usuario, se ha desarrollado un sistema de
emergencia cuya respuesta se logra a través de un botón pulsador, el cual debe
estar ubicado en un sitio apropiado para que pueda ser accionado rápidamente
por el usuario en una situación de emergencia.
Para mejorar la respuesta de los sistemas desarrollados, se utilizó un freno
con inversión de giro, con lo cual se consigue disminuir tanto las oscilaciones
generadas alrededor de un valor de referencia, así como el tiempo de
establecimiento para la respuesta de posición que es la variable a controlar.
Para la construcción e implementación de los módulos mecánicos, se
aplicaron ciertos conocimientos básicos de Física, así como la disponibilidad en el
mercado de ciertas partes como son: motores de limpiaparabrisas, bombas
hidráulicas, etc.
190
• Para el diseño del equipo se han tomado en consideración varias
situaciones que pueden ocurrir o influenciar el funcionamiento del equipo de
control, como es el caso de las señales de ruido.
De igual manera, para establecer el sitio más apropiado en cuanto a
accesibilidad para poder implementar el control del acelerador, freno y
embrague fue necesario relacionarse con la parte mecánica de un vehículo.
Para facilitar la operación y control de las funciones de aceleración,
embrague y frenado, se planteó implementar los botones de mando para el
embrague y acelerador en la palanca de cambio de velocidades del vehículo
para ser operados con la mano derecha mientras que, el botón de mando del
freno se recomienda ¡mplementarlo en el volante del vehículo para ser operado
con la mano izquierda, al mismo tiempo que se puede conducir el vehículo.
191
BIBLIOGRAFÍA:
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(Chile).
[2] REVISTA MINUSVAL, No. 83, Marzo - Abril de 1993, Instituto Nacional de Servicios
Sociales de España.
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lineales, Editorial Prentice-Hall, 4ta. edición, 1993.
[5] DE CASTRO Miguel, Carburadores, Ediciones CEAC, 3ra. Edición, 1988.
[6] GONZÁLEZ José, Introducción a los microcontroladores hardware y software y
aplicaciones, Editorial McGraw-Híll, 1992.
[7] RASHID Muhammad, Electrónica de potencia, Editorial Prentice-Hall, 2da. Edición,
1993.
[8] RIVERA Pablo, Control de máquinas (folleto)
[9] TOBOLDT William, Manual de reparaciones para marcas populares de automóviles,
Lineal\Cleaworth Books, 2da. Edición.
192
[10] TOCCI Ronald, Sistemas digitales principios y aplicaciones, Editorial Prentice-HalI,
5ta. edición,
[11] RELIANCE ELECTRIC, Standard drives & control products. Catálogo 1995
[12] CONADIS, Ley, reglamento y políticas sobre discapacidades en el Ecuador,
Agosto de 1994.
[13] CENTRO ESTATAL DE AUTONOMÍA PERSONAL Y AYUDAS TÉCNICAS, Ayudas para la
movilidad personal, España 1997.
193
ANEXOS
194
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MOTOROLASEMICONDUCTOR TECHNICAL DATA
Complementary Silicon PlásticPower Transistors... designed for use ¡n general purpose ampllfier and switohing appllcations.
• Colleotor-Emitter Saturatlon Voltage —VcE(sat) = 1-2 Vdc (Max) @ IQ = 3.0 Adc
• Colleotor-Emitter Sustaining Voltage —VcEO(sus) = 60 Vdo (Min) —TIP31 A, TIP32A
= 80 Vdc (Min) — TIP31B, TIP32B• = 100 Vdo (Min) — TIP31C, TÍP32C
• riigh Current Gam — Banawidth ProductÍT = 3.0 MHz (Min) @ IG = 500 mAdo
' Compaoi TO-220 AB Package
•MÁXIMUM RATINGS
NPNTIP31A
TIP31B*
TIP31C'PNP
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T1P32C1•Motorola Preferred Davlce
Ratlng
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Base Current
Total Power Dissipation@Tc«253GDerate above25°C
Total Power Dissipation@ TA - 25°CDeratsabove25:1C
Unclamped InduotiveLoad Energy (1)
Operating and Storage JunotlonTemperature Range
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E
Tj,T3lg
TIP31A TIP318TIP32A TIP32B
60 80
60 80
5.0
TIP31CTIP32C
100
100
3.05.0
1.0
400.32
2.0 '0.016
32
-55 to -r1SO
Unlt
Vdo
Vdo
Vdo
Ado
Ado
WattsW/°C
WattsW/°C
mJ
=C
THERMAL CHARACTERISTICS
Charaoteristic
Thermal Resístanse, Junction to Ambient
Thermal Resistanoe,_Junot¡onto Case
Symbol Max
R9JA | 32.5
R9JC 3.125
Unit
"C/W
'C/W
3 AMPEREPOWER TRANSISTORS
COMPLEMENTARYSILICON
60-80-100 VOLTS40 WATTS
CASE221A-06TO-220 A B
".8 A, L = 20 mH, P.R.F. = 10 Hz, 10 V, RBE - 10° n-
Prelerrea asvices are Motorola recommended cholees for futura use ana best overall valué.
REVI
-3-873
I Max Unit
—
0.30.30.3
200200200
1.0
Vdc
mAdc
liAdc
mAdc
—50
'1.2
: 1.8
—
Vdc
Vdc
MHz
T1P31A T1P31B TIP31C T1P32A TIP32B TJP32C
3.125°CAVMAXD CURVES APPLY FOR POWERPULSE TRAINSHOWNREADTIMEATti
2.0 5.0 10t, TIME (ms)
Figure 4. Thermal Response
20 50 100 200 •500 1.0 k
cjcrpü
.==>
10
5.0
2.0
1.0
0.5
02
m
i |1
1
1o
: !
- <j
T(
JRVES AELOWRA
i
>ii1
! '-| ^
ECONDARYBRE.MITED@Tj<1íHERMALUMIT®SINGLE PULSE)ONQINGWIREU3PLYTEDVcEO
!
1
\'\
10 7 \-~ 1«DOWÍT ,o°c —Tc = 25°C
TIP31A,T1P32TIP31B.TIP32T1P31C,TIP32
v ! iíSI K
s\ 1
"-V\1.0
A —R — I1-1
i r^\
-\SIS
s-*
I
rS-
^J
5.0 10 20 50 100VCE, COLLECTOR-EMITTER VOLTAGE P/OLTS)
Figure 5. Active Reglón Safe Opsratlng Área
There are two limitations on the power Kandling ability of atransistor; average junctíon temperature and second break-down. Safe operating área curves Indícate IQ - VCE llmlts ofthe transistor that musí be observed for rellable operation;¡.e., the transistor must not be subjected to greater disslpa-tion than the curves indícate.
The data of Figure 5 is based on Tj(pk) = 150°C; TC isvariable depending on conditions. Second breakdown pulselimits are valld for duty cycles to 10% provlded Tj(p|<)£ 150°C. Tj(pk) may be calculated from the data ín Fig-ure 4. At hlgh case temperatures, thermal limitations will re-duce the power that can be handled to valúes less than thelimitations imposed by second breakdown.
1.0 3.0
0.030.03 0.05 0.07 0.1 0.2 0.3 0.5 0.7 1.0
lc, COLLECTOR CURRENTIAMP)
Figure 6. Turn-Off Time
2.0 3.0
300
200
100
50.
30
T I NM I I
I Ir i
CjrjTTT
I I TTj = +25°C
I I
X ' II X I
Ccb¡
0,1 0.2 0.3 0.5 1.0 2.0 3.0 5.0 10. Vñ, REVERSE VOLTAGE (VOLTS)
Figure 7. Capacitance
20 30 40
TIP31A T1P31B TIP31C T1P32A T5P32B T1P32C
ELECTRICAL CHARACTERISTICS (Te = 25*C unless otherwise noted)
Chara ctsristlo Symbol Mln Max Unit
OFF CHARACTERISTICS
Collector-Emitter Sustainlng Voltage (1)(IC - 30 mAdc, IB = 0) TIP31A.T1P32A
TIP31B.TIP32BTIP31C.TIP32C
Collecíor Cutoff Current (VcE » 30 Vdo, IB = 0) TIP31 A, TIP32A(VcE -= 3° Vdo. 13 =. O'i . TIP3HB,T1P31C
T!P328, TIP32C
Colleotor Cutoff Current(VCE - so Vdo, VEB - Q) TipsiA.TiPsaA(VCE - 8° Vdo, VEB - °) TIPSI a, TIP32B(Vce= 100 Vdc.VgQ.O) TIP31C,TIP32C
VcEO(sus)
ICEO
ICES
Emitter Cutoff Current (VBE = 5-° Vdc- 'C = °) ¡ !EBC
6080100
———
—
—
0.30.30.3
200200
— ! 200
—
Vdo
mAdc
pAdo
1.C i mAdc
ON CHARACTERISTICS (1)
DC Current Gain (le » 1.0 Adc, VCE = -t.O Vdc)(le = 3.0 Adc, VCE " d-0 Vdo)
Colleoior-EmltterSaturadon Voltage (Ic =. 3.0 Ado, 13 - 375 mAdc)
Base-Emitter On Voltage (le = 3.0 Ado, VCE = 4-° vdo)
hFE j
VCE(sai) 1
vBE(on) |
25. '0
—
—
i 50
1 1.2
i '-8
i ~
| Vdc
| Vdc
DYNAMIC CHARACTERISTICS
Current-Gain — Bandwidth Product (Je =
Small-Signai Current Gain (le =• 0,5 Ado,
500 mAdc,
VCE- 1° \E =/dc.f =
10 Vdc,
1.0 kHz)'test = 1.0 MHz) ÍT
Ufe
3.0 ! — ! MHz
20 | - I -
(1) Pulse Test Pulse Wldth £ 300 us, Duty Cyole < 2.0%.
'C 'A40 4.0
30 3.0
20 2.0
10 1.0
O O
X
V
O 20 40 60 30 100 120 140 160T,TEMPEHATUHE(=C)
Figure 1. Power Derating
TJRM-OH PULSEAPPRQX
-•:•: V
2.0
•—i '2 i-1 CUTYCYCLc-2.0%T1JRN-CF= PULSE 'P"OX-9.0V
c-a P.C VARIED TC OBTA!'I "ESIREE3 CURREMT LEVÉIS.-•c'j.-D 2. 3witc->-''q Time ícul-.'cisn* Circuit
2. 0.3
0.'
0.070.05
3.03
:)02
¡O-lB-'-o 1
¿¿^©'VcC'SOV f-
1JJJ
003 0.050.070.1 0.3 0.5.0.7 :.!C. CCLLEC7CR CURRENT ÍAMP'
Figura 3. T'Jrn--3n Tims
3.0
- ^
T1P31ATIP31BTIP31CT1P32A71P32B T1P32C
300
£ IDO5 70| 50u8 30
107.05.0
0
i.i
'.2
E? '.0
9 ,,
)HC
Uim
iT¡T
(|iA
) V
,VO
L!A
GE
(\. .1
C
.J
¿S
<=
P P
P
.=
o
• (o
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oc3 fo
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oí
u
Ou. ..j_-
ó - o-2
-0-3-3
i l i l i l í
•P— •
ii1=»i
•mj —
•~"~i
= 150°
SH* ; -55°C! ' 1 i 1
! 1 !1 1 1, 1 1 11 1 1
— 1 l : l ! i
03 0.05
~ i>2
B=
—
—~"
\
di
53 0.005
"~ VCE
•*-
i
c —
^
í.
1^U^J
' ' " ^^ --JLi •"%
ii I I
' ' t i
iVCE =2.0 v-
xj*fc^ '" ^ 1
>>vp^
17ER
VO
TAS
E (V
OLT
S
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r-
fro
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c
"f 0.8
§d 0.48
' IG
1\ |
~rn —= 0.3A U
1
\ >
i ¡
T _.....h —
1.0 A _
r ~" •
\_£t
Tj =• 25°C -
,
1 3.0 A _
1 TTy
-L
0.07 0.1 0.3 0.5 0.7 1.0 3.0 1.0 2.0 5.0 10 20 50 100 200 500 1000
IC, COLLECTOR CURREN! (AMP) 1B..BASE CURREN! (itiA)
Figure 3. DC Current Galn Figure 9. Collector Saturatlon Reglón
5 sc
1
rSEJsat)
©IC/IB
4=-T
@IC/IBi
_r
= 10LJ¿ZTJVB
1I
¡ i
r nii
iSP^Pf l i: (S VQE * 2.0 v
0.01 0.020.030.05 0.1 050.3 0.5
IC, COLLECTOR CURREN! (AMPS)
Figure 10. "On" Voltages
= 30 V Ii i
— i 1 —- 1 znar. I
!
! l
i — i— REVERSE
i 1 :
: 1 !-0.3
"T
1
/ i /
/ 'A i
! / ! 1
s * \
' ^ 11 /
ICES -
! 11 1 |; -3,0
! !/ s-i.sL/JA
,¿r\
\, TEMPERATURE COEFFICIENTSl i
l i
i *
-f-1°
1°
r~
.—
P
P
r*
UJ
OO
lO
tJ
i O
O1
CD
4 'A
•• n*
^
lili i i3PUESFORIc/Tj=.-55=CTO
1— 1 — '9VC]l ¡j.
1
1
--i 9y
1 liliB£hF£/2
1 lililili
^RVrjgsat)
3rORVBE *— ;1 1 ! ' I '! —"""1^
ii W
\^"T"'"1
T ^i [^^^
/
'
1.0 2.03.0 0.0030.005 0.01 0,02 0.05 0.1 050.3 0.5 1.0 2.0 3.0
le, COLLECTOR CURREN! (AMP)
Figure 11. Temperature Coefficlents
ÚJ
_ 1 107^ ^ . , : , : ,
j
/ \ '
i 1
ORWARD — •
i l
l
-0.2 -0.1 0 tO.1 +0.2 -0.3 +0.4 ^0.5- +0
Q
O
30HV1SIS3U
U3.LIH
N3
S io4
a :o3UJ
á '°2.6 c 2
E?1 i '/ 1 ~"~^ 1
ii i
! '— (TYPICAL ICES VALÚES — í 51-'- -r . OETAINED FROM FIGURE '21 :
i 1 i i 1 i
t
0 ¿0 SO 80. '00 120 -0 '50
VoE. BASE-EMITTER VOLTAGE (VOLTS)
Figure 12. Collector Cut-Off Reglón
Tj, JUNCÜOM TEMPEPATURc ;'C)
Figure 13. Hffects of Base-Emitter Resistanca
Optoisolators (cont'd)TTL CompatiblePhototran»i»tora
ECG Typo
•ECG3032
ECG3093
ECG3095
-OutputConfigura tion
Open CollectorNPN Transistor
NPN.SpiitDariington
Dual OpenCollector, NPNTransistors
'Davics-ftating»
•isolatlon
VJ»0
(V)
3000
3000
3000
Pt(mW)
100 •
100
100
4-ED-Max Ftatings
CurrentiF(mA)
'25
20
25
VoltageVR(V)
5
5
5
'Output Rating»
Vcc(V)
15
18
15
"CyrrentTransí er
Hatio% *
'15
400
15
OutputCurrent
• loImA]
8
60
8
Prop*gation
Time(rase]
500'
tpHL 1 «=tPLH 7 VSBC
800
Data
RateMbit/ sao
1
100K
1
.
Ckt.Dlag.
0
P
R
HB.No.
P29
DC Current Transfer Ratio is the output transistor colleotor current divided by the LED forward current - hpg = lc
ECG Type
ECG3090
Output•Configuration
Schmitt Trigger
Total Device Ratings
IsoiationVoltage
VisoSurge [VI
7500
PowerPt (mW)
150
Led Max Ratings
ForwardCurrentIpImAl
•60
ReverseVoltageVR [VI
6
Output Ratings
VeoVoltageRange
IV)
3V to 15V
•OutputVoltageV0(V)
15 max
OutputCurrentlo ImA)
50 max
Turn-OnTimeTon
tuaec]
1.2typ
Turn-O.ffTimeToff
lusec)
1.2 typ
Ckt.Diag.
N
F¡9.No.
P28
Optoisolator Circuits
3.140
...
Diag. A
•ECG r
3040 ANODE ©
3041
3042 CATHODE ©
30433088 ©3096
•^y• Diag."D -
ECG3081
—ANODE© j • . , —
IEMITTER) _ 5. L
CATHODE fT ' L_ 1*^s *.
Diag. G
ECG3046 ANODE ©
•3091•CATHODE ©
©
~Diag.-K - -
'ECG3085. .. ._. JUJODE.©
CATHODE ©
©
Fig. P28
©BASE
© COLLECTOR
5)-EMITTER
-- . . -fig. P27
'") EMITTER
(DETECTOR)
) COLLECTOH
fig. P28
.•
_J
\^}'-
© GATEGATE
. Fig. P28
1
- J) DRAtK
- V) SOURCE
Diag, B
3044 ANODE Q3045
CATHOD£(2^
©
•
-Diag. E . .
ECG3083 ANODE©
3084CATHODE ©
©
4{?Diag. H
ECG
CATHOOE © —*>' ' o
Fig. P28
D¿) COLLECTOR
¿) EMITTER
Rg.P28
7) BASE
?) COLLECTOR
T) EMITTER
FigTP28
MAIN TERMINAL
TRIAC D«IVERJ ^T £ ¿) SUBSTRATE
' l DONOTCONNECT
' ©1 MAIN TERMINAL
Diag. LECG3087 .,«.£
AHOOE (21+) ^
CATHODE (T*(-! ^
NC©
-*Jo
Fig.P29
©VOUT
Diag. C
ECG3082
.ANODE © —^ ^ y J)
Í6MITTER) í V '-»_[
CATHODE© 1 ^k~¿)
Diag. F
ECG3086 • '
CATHOOE ©
CATHOOE ©
ANODE (T
-Diag.'J
ECG3043 ANODE ©3097
CATHODE-©
' NC©
fcc
Fig. P27
COLLECTOR
DETECTOR)
Fig. P29
J) EMITTER
- ?) COLLECTOR
- J) COLLECTOR
- J) EMITTER
- —
..
í . / i
ZERO
CIRCUIT
Diag. M .
ECG3O89
ANODE ©
CATHODE ©^y
- - Fig. P28";
3 MAINTERMINAL
"~v SUBSTRATE5) 00 NOT"^ CONNECT
'T'i MAIN•Zj TERMINAL
- Fig. P28
¿)BASE
¿) COLLECTOR
©1EMITTER
ptoisolators^S3~
f•Jn.
í
Ph«totransi«tors
ECGTyp*
ECG3040
ECG3041
ECG3042
ECG3043
ECG3044
ECG3045
ECG3081
ECG3082
ECG30S3
ECG3084
ECG3086
ECG3220
ECG3088
ECG3089
ECG3096
ECG3098
ECG3221
OutputCorrfíguration
»JPN Transistor
NPN Transistor
NPN Transistor
NPN Transistor
MPN Darlington .
MPN Darlington
NPN Transistor
NPN Darlington
NPN Darlington
NPN Dariington
NPN DualTransistor
NPN DualTransistor
NPN Transistor
NPN Transistor
Low Input OriveNPN Transistor
NPN Transistor
NPN.QuadTransistor
Total Davica Rattngs
IsolationVoltage
VisoSurge IV)
7500
7500
7500
3550
7500
7500
6000
6000
7500
7500
7500
5000
7500
7500
7500
5000
5000
TotalPower
Pt (mW)
250
250
250
260
300
300
250
250
250
250
400
150 •
300
300
300 •
250
150
.DC' Current•Transfer
Ratio% *
20
100
20
70
300
500
20
400
100
200
50'
100
20
20 -
50 @lF 1 mA
100
100
LED Max Katings
ForwardCurrentIF ImAl
80
60
60
60
80
80
60
60
60
60
60
50
' 60
60
60
60
5 0 _ _ _
ReverseVoltageVR (V)
3
6
3
3
3
3
3
3
3
3
3
5
6
-
6.0
5
. 5
Phototranslstor Ratings
Collectorto
BaseVoltage
BVCBO IV)
70
70
70
70
-
-
-
-
55
30
—
—
300
70
70
—
—
Collectorto
EmitterVoltage
BVCEO IV)
30
30
30
80
80
80
30
30
55
30
30
55
300IBVCER)
30
30
55
55
CollectorCurrentle ImAl
3.5 Typ
100 Max
50 Max
50 Max
150 Max
150 Max
100
100
100
100
30
50
100
100
100
50
50
TypFreqKHz
300
150
150
100
75
75
100
75
75
75
200
—
200
200
200
—
—
Ckt.Dlag.
A
A
A
A
B
B
D
C
E
E
F
V
A
M
A
S
W
Rg.No.
P28
P27
P28
P29
P28
P55
P61
' DC.Current Transfer Ratio isthe output transistor collector current divided by the LED forward current - hFE = lc/lF
Photothyristors
-ECG .Type
ECG3046
ECG3047
ECG3048
ECG3O49
ECG3091
ECG3097
OutputConfiguration
SCR
TRIAC
TRIAC
TRIAC w'rth ZeroCrossing Circuit
SCR
TRIAC wrth ZeroCrossing Circu'rt
Total Device Ratings
IsolationVoltage
V¡soSurge (V)
3550
7500
7500
7500
4000
7500
PowerPt ImW)
260
330
330
330
400
300
LED Max Ratings
ForwardCurrentlF ImAl
60
50
50
50
60
50
ReverseVoltageVR IV!
3
3
3
3
6
6
Photothyristor Ratings
VDRM (vi
400
250
400
250
• 400
400
ITRMSImA)
100
100
100
100
300
100
IFTImA)
14
10
10
15
11
15
VF Ion](V)
100 mA
1.3
3.0
3.0
3.0
1.3 at300 mA
3.0
IHOLD(mA)
.5
.1
.1
.1
.5
.2
Ckt.Diag.
G
H
H
J
G
J
Fig.No.
P28
' i r•••"t.
.-¿_- -.
Photo FET
ECG Type
ECG3085
OutputConfiguration
FET
Total Device Ratings
IsoiationVoltage
v¡soSurge IV)
'2500
PowerPt ImW)
300
LED Max Ratings
ForwardCurrentlF ImA)
80
ReverseVoltageVR IV)
6
Photo FET Ratings
Drain to -Source
BreakdownVoltage
BVDSSlV!
±30
DrainCurrent
IDImA)
±100
RDS0nlOhms]
200 -
Ton(usec)
• 15
Tofflusec)
15
Ckt.Diag.
K
Fig.No.
P28
TTL Compatible Photo CoupledLogic Gates
ECGType
ECG3087
ECG3094
OutputConfiguration
Hi Speed OpenCollector, NANDGate
Dual Hi SpeedOpen Collector,NAND Gates
Total Device Ratings
IsolationVohtage
Viso(V)
3000
3000
PowerPt ImW)
100
60
LED Ratings
ForwardCurrent
- iFlmA]
10
15
ReverseVoltageVR (VI
5.0
5.0
Output Ratings
MaxSupplyVoltageVcc (V)
5.0
5.0
OutputCurrentlo ImA)
50
16 PerChannel
PropagatlonDelayTime
Insecs)
75
75
EnableVoltageVE (VI
5.0
—
Ckt.Diag.
L
Q
Rg.No.
P29
K
jl
1-139
OutVmes
,11 I f i !
ÜDt
.I07"(2.7)
1 \)
zQ-SÜ— -020"(-5)[— -4 .07L"U.8) . . . . . '
H&-!
1. ANODE2. CATHODE
, .,„., ,. 3. bMlllfcH^ .059 11.5) 4. COLLECTOR
1-138
Inf rared Detector Diodes
ECG Type
ECG3033
Description
Infrared PINDetector Diode
ReverseVottageVRÍV)
30
Max.Derk
CurrentID (nA)
50
MinUght
CurrentiLlfA)
35
PowerDwsipationPD (mW)
100
BiseTimetr (nS)
50
TypOetection
Angle
65°
Typ. DetectionWsvelength
Inml
900
RB.No.
P54
OutíineFig. P54 ECG3033
Note: Index mark denotes window side.
Opto-Coupléd Interrupter Modules
ECG Type
ECG3100
:£CG3101
ECG3102
ECG3103
ECG3104
ECG3105
Output.Configuration
NPN Transistor
NPN-Darlington
NPN Transistor
NPN Darlington
NPN Transistor
NPN Transistor
TotalPower
Dissipa tionPt (mW)
.250
. .• 250 .
250
250
100
75
LED Max Ratings
ForwardCurrentlF ImA)
60
• ._ -60 . .
60
60
50
50
ReverseVohageVR (V)
6
-....6 . .
6
6
6
• 3
CollectorTo Emitter
VoltageBVCEO (V)
55
... .55-. . .
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S< -0
(o••- '•-- • \JL/
• • • 1
Negativa
1. Ground' 2. Output
~^ 3 3. Input\ ICA'SEI . '
' >' " " "
Microwave Nlixer Diodes
Type No.
1N415C
1N415E
1N416C
1N416E
TestFreq.(MHz)
9375
9375
, 3060
3060
NoiseFigureIdB)
' 9.5
7.5
8.3
7.0
l.F. IMPED.© 30-MHz
(Ohms)
325-475
335-465-
300-700
35CW50
VSWR.Max.Ratio
1.5
1.3
—
i:3
Burn Out(ERGS) -
2.0
2.0
2.0
5.0
RB.No.
Z64
Z64
Z64
Z64
PIN DiodesECG Type
ECG553
ECG555A
DescTÍption and Application
Si. PIN Dlodé, UHF, VHF Switch
Si PIN Diode, Gen Purp & VHF Switch
Max. PowertmW)
200
250
V (BR1 RMin. (Volts)
30
35
IRMax. (nA)
150
100
CTMax. (pf)
2
1.2
LSTyp. (nH)
2.5
—
RAMax. (Ohms)
1.2
0.7
RB.No.
Z4
Z11A
s -s-.. Diode and Rectif ier Outlines
Fiq.ZIA-
ECG58° , ,.SOO»L ,.o--H (7.-6I K- (25.41—
1 MAX. MIN.J |_ ..| 1
"1 .037"l.94l MIN. — 'L.I80"I4.6) MAX.
COLOR BAÑO INDICATES CATHOOE END
Fig.Z4 DO-35
"^2 , — 022"1.56) f. — .200"(5,06)177 I -MAX. DÍA. jj 1 MAX.
^3 .090'(2.29)-3~ 1— 1.000"(25,41— 1•*" MAX. DÍA. ' MIN.583
584 COLOR BAND DENOTES CATHODE
600
Rg. Z6A - ~- -00=27-
ECGr*ír nn"r"i ni ' -t *•
569 "'"• ,576 . \,
__ T U "-.05Z-II.JO)-579 • - - - U.Z50 (6.35) MAX. - «AX.586 COLOR BAND DENOTES CATHODE
588
Eg.ZTlA ' .:.". . ..." .
ECG555A
- — ^22"(.S5L . , , .-12Q'M3.041
i j I *1 MAX-T — n 1
i LJE — =U¡j (i ti 1
T + I 1" (25.4)_J.063" (1.6) <~^ MIN.
MAX.COLOR BAND DENOTES CATHODE
Rg. Z2 D07ECGino. BOTH LEAOS .02I"(.5J)
1WMP r^^"' .o^se,
o AX'D1A'"MIÑ.(2LEADSr*M- "~
"(COLOR BAND DENOTES CATHODE)
Fig. Z5
.-ECG178MP.- _^.... . - . . - . .
r.02l"(.53) , H •— -300"(7.62)| MAX. DÍA. ^— U— .1
.I05'12.67)-' i— 1.000"(25.4) — -•MAX. DÍA. MIt;.
(COLOR BAND DENOTES CATHODE)
•Fig:Z7' -— - —
ECG
S? r-MS;i-S" .20"15,MAX.-^
n x ^ \ 1 1 — —! .9B"(2S) l_.3e'lL.98"(25)— J L.I7"K.Z)
" " r~^ MIN. 1 [ 7 ) 1 MIN. 1 MAX.
F¡g._Z12 PCG114CUtó l IS f-.S7B"lK.68l i
SERIES CONNECTED '1 • "AX. ,
• • - - , - • / ' ' ' " i"-101
.-,>. — ,nc- ^ ' I.S25'EL.G115 , . . MU2ai
COMMON AHODE ^>
y) °J iiSS]
Fig.ZS DO-41
ECGnft19C f-UO"(2T.94l— T-ási-l rÍ2MD'A-^ rMW2uWT«AX. J.J ?. 4aB6)D|A. .. .552 1 rp:: — t j558 | LULJ-, ,
585 COUW BAND DENOTES CATHODE
587
Fig. Z6
ECG .-,. - . . . • . . . - . . . . .1CR |—I.OO"E5.4)— •- ^.3BO"[9.65)130 MIN. | , MAX.
506 ! i ; .OM"(.B6)i T? l n — r MAX-
.2IO"(5.33)MAX.-'
COLOR BAND DENOTES CATHODE '
•Rg.-ZS • • • • --
ECG515
u 1.63" w „ 1,4" ..f (41.5) ^ f 135)
' , nr-*-'^ -^._1j U-Q.32"(8)DIA.
H 4-0.34"(8.5)
'•?••'••'•%'
.=cr"
1-97
j>iodes and Bectifíers (Generar Purpose)
•ECG Type
ECG109
ECG110A
ECG110MP
ECG112
ECG113A
ECG114
ECG115
ECGiieECGn7A5*í;
b£ECG320
ECG12S -
ECG156
ECGT77
ECG178MP
ECG506 ,
ECG507
ECG515'---
ECG519
ECG525
ECG551 f"\T
ECG552 ' -
ECG558
ECG569
ECG576
ECG577
ECG578
_ECG57S
ECG580
ECG581
ECG582
Dsseription
en Purp
en Purp
Matched Diode Pair
UHF Mixer (Schottky)
Common Cathode3ual Diode, Center'ap, TV Horiz
Series Dual Diodes,TV Horiz
Common Anode,Dual Diode, TV HorizAFC
Gen Purp Rect
GBfrtPu^Wecífpí; §.|tóetalseató^ tlHl
Color TV Convg Rect
Gen Purp Rect
Gen Purp Rect
Fast Sw, Det, etc.
vlatched Diode-Patr,AFC, AFT, etc.
Sw, Fast Recovery,Bst .Damper, Blanking
Gen Purp Rect,Gating, Centering
SwpFastiRecoverV.,SCR Defl Clamp
Fast Sw Diode
Sw,' Fast Recovery,Qamper
Sárpec^stótal base!!
Gen -Purp -Rect,Fast Recovery
Gen Purp Rect,Fast Recovery, HV
Fast Sw, SoftRecovery
Sw, Ultra FastRecovery
Sw, Fast Recovery,HV
Schottky Barrier Rect
Schottky Barrier Rect
Gen Purp Rect,Fast Recovery
Gen Purp Rect,Fast Recovery
TV Damper
Ge
Ge
Ge
Si
Si
Se
Se
Si
SI«J
Se
Si
Si
Si
Si
Si
-Si
,-Si
Si
Si
2SÍ*l
.Si
Si
Si
"Si
Si
S'
S'
S"
S
S
-PeakRevemeVoltageRV Max V
00
40
30
00
0
0
600
800
8
000
1000
200
50 -
1400
50
800.... . _.
100 (BRV)
2000
1B0Q
IUJSOO.. _.
1500
600
400
1000
so-so600
400
6000
AverageRectifladForwardCurre nt10 Max
00 mA50 mA
5 mAt60°C
25 mA
:5A-
min 1.1 mA
min 1.1 mA
A
.5 A
65 mA
2.5 A at25°C LeadTemp •
3 A
160 mA
75 mA
2A
250 mA -
.3 A
200 mA
1 A • .-
1 A
1 A
1 A
3 A .
•5- A
5A
1-A.
3 A
3-A- - -
8A
300 mA
ForwardCurrent
RepfltltivePaak
FRM M«
—
50 mA
—
—
—
—
—
—
—
250 mA
100 mA
3.5 A
—
9 A_ _
450 mA
—
—
~
—
100 A
150 -A
200 A '
50 A
150 A
SingleSurge100 A
SingleSurge150 A
SingleSurge100 A.
'Reverw•flecovery
Timetrr
—
—
—
"
—
—
—
-T .. .
50 ns
—
500 ns
SHS
1.3 ¡es
4ns
500 ns(Fwd Rec)
If*
200 ns
250 ns
200 ns
35 ns
70 ns
—
—250 ns
200 ns
300 ns
ForwardVoltsge
OropMax Vp
—
—
.5 at 60 mA
Q.95 V . .at 1 A
—
0.8 .Vat 1 A
0.9 V
—
0.8 V at 1 A
1.1 V at1.5 A
1 .0 V at100 mA
1.0 Vat5mA
1.0 Vat 1 A
1.0 V at 1 A
1.3 V at4 A
1.0 Vat10 mA
2 V at 2 A
1.5 Vat 2 A
1.5 V at250 mA
1.2
1.1 V
1.25 Vat5 A
1.7 Vat 5 A
.8 V at 1 A
.8 V at 3 A
I.SV.at3 A
1.2 V at3A
8.0 V at100 mA
T
AFC
•
•
•
•
'
•
._
- • • -
--.
- -
T
FastSw
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
«
•
•
•
•
•
GenPurp
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
_ •
*
•
•
•
FastRBCOVBFY
« '
•
•
•
-»
•
•
• -•
•
* —• '
•
•
«
•F\B.No.
22
72
72
24
Z15
212
Z12
Z3
Z10
Z17
Z3
26
Z4
Z5 -
Z6
Z6
Z8
24
Z6A
29
•za-
za
Z6A
Z6A
Z6A
~Z3~•Z6A-
21 A
Z41A
Z17
ANEXO B
MODULO DE CONTROL Y BOTONES DE MANDO
Módulo de control, ¡mplementado con tarjetas MCPD51
Módulo del circuito de potencia
Botones de mando
Vista del equipo construido
ANEXO C
CARACTERÍSTICAS DE LA TARJETA MCPD51
Las características técnicas más relevantes del Sistema de Desarrollo para losMicrocontroladores Intel MCS-51 "MICROLAB 51", son las que se detallan a continuación:
2.1 .- TARJETA MCPD51, MÓDULO CENTRAL DE PROCESAMIENTO DIGITAL
CPU central:
_Compatible con los microcontroladores Intel 18051,18751 y 8031. El equipo seprovee con un controlador 8751H' grabe ido en mi EPROM u| programaMONITOR.
Reloj del sistema:-
Con cristal de cuarzo de 7.37213 Mliz, i ',
Conversión y resolución;
Conversar de entrada analógloa/digllal (O u !JV] i un ruiio|i|t.-|i'i|i clcí 11 Lilis,Conversar de sc|llda diglial/andlóglcn (í) ci IjV y U ¡| liV] on|i |i:i!iu|i|i Ion de 8bits.
Memoria:
Interface:
Pórticos:
Conectares:
Memoria RAM c|e 2 Kbyias,
Interfaz serial de norma EIA-RÜ-232C: pafq liannln! uncía de ki Informaciónhacia el computador.
Un pórtico digital de 8 bus bicjirecclonol,Dos pórticos digitales de 8 bikde sállela.Pórtico digital de 8 bits de enlrada,Pórtico digital de entrada de 8 bits con opción paiq.un djpawllc.'h en la tárjela.
Pórtico digital de entrada de 8 bits, cori opción puta gañera!" Interrupciónexterna.
Seis conectares para enlraclq y salida du dulas,
2.2.- TARJETA D1SPLAY51, MÓDULO DE INDICACIÓN Y TECt 4|)O.
Esta tarjeta ha sido concebida para ofrecni las furiclenon m¿\& cocnunua que parmlten lacomunicación entre un sistema digital mlcroprocesado y oí U
Incluye elementos de visuallxaclón y preswntación de» inlorrndclón, de encuerdo con elsiguiente detalle:
Manual de uso y operación Pag. 3
Le tabla No. 2 muestra la manera cíe configurar la tarjeta en función del tipo de mlcro-conlrolador y de la disposición de la memoria cíe pvograma.
INTEL MCS-
8051 ó 875 -I
8051 r 3751
8051 ó 8751
8031
S
JUMPERS
JP3 = "ON"JP2 = "OFF"JP1 = "RAM"JPó = "RAM"
JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó = "EPROM"
JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó conectado a"I NT" de JP3,
JP3 = "OFF"JP2 = "ON"JP1 = "EPROM"JPó = "EPROM"
U 14
RAM 2 Kb(61 10)
EPROM A Kb(2732)
RAM 2Kb(61 10)
EPROM A Kb(2732)
DESCRIPCIÓN
El micro ujtsculo oí pro-grama rosidenle en su ROMInlerna. U1¿| puede alojaruna memoria RAM o no serutilizado.
El micro ejecula el pro-grama residenle en laEPROM externa colocada enU14.
El micro ejecula el pro-grama residente en la RAMexterna colocada en U14.
El micro ejecula el pro-grama residenle en laEPROM externa colocada enU14.
Tabla No. 2
Por otro lado, la tarjeta puede utilizarse como un sistema de desarrollo y depuración deprogramas de aplicación que se pueden descargar a través del puerlo serial, desde uncomputador personal hacia la memoria RAM de la tarjeta. Luego, se recorifigura la tarjetapara que ejecute el programa residente en RAM. De esta manera se águila la realizaciónde pruebas de operación sin necesidad de borrar y reprogramar EPROMS.
MAPA DE MEMORIA:
Los microcontroladores Intel de la familia MCS-51 tienen posibilidad de direcclonar 64Klocalidades externas a través del bus de direcciones cíe 16 bus, En la larjela MCPD51 se haincluido toda la circuitería que se requiere parq direcdonar Independionleí nenio a 8 dispo-sitivos de entrada y 8 dispositivos de salida, dividiendo los ó/lK cjn páginas cíe 8K. Las líneasdecodificadas para habilitación de dispositivos de entrada (lectura) se denominan SELINO aSELIN7, Las líneas para habilitación de disponitivos cíe salida (escriluia). se clonominanSELOUTO a SELOUT7.
Para la decodificación del bus de direcciones y la correspondlonle división en páginas de8K, se han utilizado los tres bits más significativos A15, MA y A13 los cuales, un combinacióncon las señales READy WRITE del micro, deieirninan la activación de la correspondiente señalde habilitación,
Por ejemplo, si A15, MA y A13 tienen el valor OL, cuando el micro ejecuta una inslrucción de
Tárjela MCPD51 Pag. 3
ia en memoria esterna (MOVX @DPTR. A], la línea que se habilitará será SELOUTO. Siel micro ejecuta una instrucción de leclura de memoria exlerna (MOVX A.@DPTR). la líneaque se habilitará será SEL1NO.
De las 8 líneas de habilitación de entrada y 8 de salida existentes, varias eslán ullllzadaspara los póriicos de entrado, salida, conversar A/D y otros recursos disponibles en la tarjeta.Las restantes están accesihios pora el usuario a Ircivés del conecto! H4.
La tabla No. 3 muestra la distribución de mernoiia y las lineas disponibles para el usuario.
DIRECCK..-;iES
OOOOH-'IFFFH
2000H-7FFFH
4000H-5FFFH
6000H-7FFFH
8000H-8FFFH
AOOOH-BFFFH
COOOH-DFFFH
EOOOH-FFFFH
HABILITACIÓN
SELINO/SELOUTO
SELIN-1/SELOUT1
SELIN2/SELOUT2
SELIN3/5ELOUT3
SELIN4/SELOUT4
SELIN5/SELOUT5
SEL1N6/SELOUT6
SELIN7/SELOUT7
DISPOSITIVO DEENTRADA (LEC-
TURA)
Pórl.!jWO-SW7
Pórt.EXT-INTO a EXT-INT7
Pói1.INPO-INP7
Conv, A/D.
MEMORIA RAM
DISPONIBLE
DISPONIBLE
DISPONIBLE
DISPOSITIVO DESALIDA (ESCRITURA)
Pó[I.OUrO-OUT7
Pórl.OUTB-OUTIG
Conv. D/A,
DISPONIBLE
MEMORIA RAM
DISPONIBLE
DISPONIBLE
DISPONIBIF.
Tabla Na. 3
DISTRIBUCIÓN DE COMPONENTES DE LA TARJETA:
En la figura 2, se puede apreciar la distribución de los componentes en la tarjeta MCPD51.
DISTRIBUCIÓN DE SEÑALES EN LOS CONECTORES:
La tarjeta tiene seis conectares (H1 a H6) a través de los cuales entrega y recibe señales ydatos. Prácticamente en todos los conectares so tiene acceso a las fuentes principales depolarización del circuito lógico a través de los pines VCC y VSS,
Existe un conectar especial denominado "CON1" que sirve para coneclar la tárjela con lafuente de polarización principal, los puntos de contacto del conectar son los que se ilustrana continuación;
Tarjóla MCPD51 Pag, A
vcc =vss =
v+ =v- =
+ 5 V;0 V,
+ 12 V;- 12 V,
CONECTOR H-í;
P-I7..P10:EXINTO:EXINT'l:TO:TI:
Pórlic-o P1 Jel microconlrolodor (8 bus bldireccional).Acceso o la interrupción externa O del micro.Acceso a la interrupción extorna 1 del micro.Entrada al iimer/counter O del micro.Entrada al timer/counter 1 del micro.
CONECTOR H2:
SW7..SWO; Pórüco digital de entrada d£j 8 bit:;.OITM5..OUT8: Pórtico digital de salida de 8 bits,
CONECTOR H3:
El conector H3 permite el acceso direclo hada el rnicroconirolador: el bus do dalos, el busde direcciones y todas las señales de control: ALf:, READ, WRITE, F'SfrN.
D7..DO; Bus de datos del micro,A'I5.,AO: Bus de direcciones del micro.TO: Entrada al timer/counler O r|el micro,T'l: Entrada al timer/counler 1 del micro.EXRST: Entrada para ingreso de señal de reset exierno.EXINTO: Acceso a la Interrupción exlerna O del micro.EXINT1: Acceso a la interrupción exlerna 1 del micro.
CONECTOR H4:
SELIN5A7:SELOUT3,5.ó,7:RXD:
TXD:
RXIN:
TXOUT:
IOPWM:
Señales de habilitación para disposiüvos'exlernos de entrada (lectura).Señales de habilitación para disposillvos externos cíe salida (escritura).Línea de recepción para comunicación sedal del rnicrocontrolador(niveles TTL).Línea de transmisión para comunicación sorlal del rnicrocontrolador(niveles TTL).
Línea de recepción serial RS232 (ooneclor DBQ) de la tárjela (niveles de voltaje±12V),
Línea de transmisión serial RS232 (coru-jctor DB9) cíe leí tarjóla (nivelesde voltaje ±/ l£V).Señal de salida correspondiente al cornplernenlo lógico dol pin TO delrnicrocontrolador y en niveles lógicos+ -12V,Señal de salida correspondiente al complemento lógico del pin T'l delrnicrocontrolador y en nivele:; lógicos
!v1CPD51 Pag. 5
CONECTOR H5:
OUT7..OUTO:OUH5..OUT8:VCCX:
i-órtico digital de¡Vütioo rligllnl c\ci ::''-ada extérne-
la de 8 bits.•. ¡-i de 8 bus.
. ¡ polarización de U14,
COHECTOii H6:
EXT-1NT7.,EXHNTO:
INP7..INPO:
AN-OUT:RFB:
Pórlico digital de enlrado de 8 bus con opción a generar Interrupciónexterna O en el rniciocontrolador.Pórtico digital de enlrada de 8 bits con opción de colocar un dip-switch 8 en la tárjela.Salida analógica (O a +5V) proveniente del conversar D/A (DAC0830).Salida analógica (O a -5V) correspondiente a la señal invertida queviene del conversar D/A.
AN-IN: Entrada analógica (O a +5V) hacia oí conversar A/D (ADC0804),
I.KTD51 Pag. ó
ANEXO D
PROGRAMA DE CONTROL
*
***
*
********
LCDSWLEDSADCDATODATOANTPULSOSRESTARES TAIRESULTREGRESPALDOLOCMEM
ORGLJMPORGLJMPORGLJMP
INICIO:
.*******
PROGRAMA PARA EL CONTROL DEL EMBRAGUEDE UN VEHÍCULO
TESIS DE GRADO: CAIZA RAMIROMONTENEGRO PATRICIO
***************************************
EQU • OAOOOHEQU 2000HEQU OOOOHEQU . 6000HEQU 78HEQU 77HEQU 76HEQU 75HEQU 74HEQU 73HEQU 72H
EQU 71HEQU 7 OH
OOOOHINICIO0003HEXTERO0013HEXTER1
MOV SP,#30HCLR 9HCLR Pl . 0CLR Pl.lCLR OHCLR 1HSETB EASETB ITOSETB IT1SETB EXOSETB EX1***************************************
Ir ******
*
•J:
*
*
*
;IDENTIFICACIÓN DEL TIPO DE RESET. * ***************************************** ********** **.j..j.,>..n
CLRMOVANLCJNESETBSJMP
REGISTROS:SETBCLRCLR
P1.Í3
A,P1A,#80HA,#8OH,REGISTROSP1.6LECTURA
P1.6CA
;LECTURA DE LOS FINALES DE CARRERAt * * **•**••
3HDPTR,#SWA,@DPTR3HA,f03HA,#01H,RETORNOPP
Pl.l
SETBMOVMOVXSETBANLCJNESJMP
RETORNO:SETB
RETORN01:JBCLRSJMP
3H,RETORN01Pl.lPP
;ASEGURA EL APAGADO DE Pl.l AL VOLVER DE LA;INTERRUPCIÓN
PP:CLRMOVMOVXMOV
SALTO:
ADPTR,#LEDS@DPTR,ARO,#LOCMEM
MOV @RO,AINC ROCJNE RO,#8OH,SALTOCLR 2HCLR 3HCLR OAHMOV R3,#OOHMOV R4,fOOHMOV R5,#OOH
I
/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL EMBRAGUE
-k * •i- •>• * * 4r* -i- *
LECTURA:
DIF:
SETBSETBMOVMOVMOVMOVXJBJBSJMP
MOVCLRSUBBJCSJMP
CORRECCIÓN:CLRCPLADD
9HP1.5RESULT,#OOHTLO,#OOHDPTR,#ADCA,@DPTROH,DIF1H,DIFIsTUEVO
RESPALDO,ACA,REGCORRECCIÓNCOMPARA
CAA,f01H
SJMP COMPARACOMPARA:
ERROR:
NUEVO:
VOLVER:
SIGA:
SENPOS:
CJNEMOVSJMP
JCMOVSJMP .
CLRCLRMOVSWAPANLRRANLRRMOVANLMOVCLRSUBEJCCJNEMOVCJNECLRSJMP
A,#09H,ERRORA, RESPALDONUEVO
VOLVERA, RESPALDONUEVO
OH1HREG,AAA,#OFHAA,#OFHARESULT, AA, fOFHDATO, ACA,DATOANTSENNEGA,#OOH,SIGAA, RESULTA, £83H, VOLVERASIGA
CLRMOVINCMOVMOVINCMOVMOVSJMP
CONTINUÉ:
LJMP LECTURA
MOV RESTA,ASJMP SENPOS
SETB OHSETB 2HCLR Pl.1MOV A,DATOCJNE A,Í03H,CONTINUÉMOV A,RESULTSUBB A,DATOCJNE A,fOOH,OTRORANGOSJMP CONTINUÉOTRORANGO:
CA,RESTAARESTA,AA,DATOADATO,ARESULT,#0OHCONTINUÉ
PULSOS,RESTA .R3,#OOHPl.O"
2H,ENVIO1CP1.5
LECTURA
RESTA1,AA,RESULTA,#83H,CONTINUE1LECTURA
1H3HPl.OCA, RESTAIAA,#01HRESTA,APULSOS,RESTACR3,#OOHPl.l
3H,ENVI02CP1.5
MOVMOVSETB
ENVI01:JBCLRCLRNOPNOP 'NOPLJMP
SENNEG:MOVMOVCJNELJMP
CONTINUÉ1:SETBSETB'CLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB
ENVI02:JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP
. *,;INTERRUPCIÓN! PARA LA RECOLECCIÓN DE PULSOS Y ENCENDIDO/APAGADO DE LEDS
EXTER1:PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLJNB 9H,SALIP,1JB OH,POSITJB 1H,NEGATLJMP SALIR1
MOV A, R3INC ACJNE A,PULSOS,LLENARCLR Pl.OMOV DATOANT,DATO
LECTURA
POSIT:
NEGAT :
SALIR1:
CLRLLENAR:MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVX .SJMP
MOVINCCJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRVACIAR:MOVMOVMOVCLRRRCMOVMOVX
POPPOPPOPRETÍ
4-4-4-4-4-4--t4-
;INTERRUPCIONO/
EXTERO :PUSHPUSHPUSHJNBMOVMOVXANLCJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOV
2H
R3 , A •DPTR,#LEDSA, R4CAR4 , A@DPTR,ASALIR1
A,R3AA, PULSOS .VACIARPl.l
Pl.ORET EMB2Pl.ODATOANT,DATO3H
R3,ADPTR, # LEDSA,R4CAR4 , A@DPTR,A
DPLDPHACC
^,,^,^.^..^.^.^^.^,^.^,^.^,^.^.^^,^^4..^.^^^.^.^,^..
PARA LOS FINALES DE CARRERAÍ****4-^*St^*^-i--i--i--i'-i--i--±'-i--i'-t'i--i:-ír-A--i--
ACCDPHDPL8H,SALIRODPTR, #SWA, 0DPTRA,#03HA,#01H,SEGUIR1Pl.l
Pl.ORET EMB2Pl.OR4,#OOHDATOANT,#OOH
MOV. MOVMOVXCLRSJMP
SEGUÍ Rl:CJNECLRNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR
SALIRO :POPPOPPOPRETÍ
f
DPTR, #LEDSA,#OOH@DPTR,A3HSALIRO
A, #Ü2H, SALIROPl.O
Pl.lRET EMB2Pl.lR4,#04HDATOANT,#04HDPTR, #LEDSA,#OFH@DPTR,A2H
DPLDPHACC
i ******* *•*• ± + •* * *
; RE TARDO DE TIEMPO. * ***•*•******•**•r
RET EMB2:MOV
LAZOS:MOVDJNZDJNZRET
J; + -i--t'l-i-*-t-Jr-Ht**4-*
R6,#18H
R7,#OFFHR7,$R6,LAZO3
END
•k
*
4-
*
* + -i- -i- +
LCD1SWADCADC2LEDSLEDS2DATO
PROGRAMA PARA EL CONTROL DEL
^4;4-
ACELERADOR Y' FRENO DE UN VEHÍCULO *j.
TESIS DE GRADO:
4. -I- * •>• -k 4- * 4-4: * * -i- 4r * * * 4; -í 4
EQU OAOOOHEQU ' 2000HEQU 6000HEQU OOOOHEQU ' OOOOHEQU 2000HEQU 7FH
CAIZA RAMIROMONTENEGRO PATRICIO
4r 4- 4r 4- 4- 4- * * 4- 4- 4: 4- 4- 4: 4- 4- 4: 4- 4- 4- 4- * 4- 4- 4-
4-
4-
f-4-4;
DATOAI^T EQU 7EHPULSOS EQU 7DHRESTA EQU 7CHRESTAI EQU 7BHRESULT EQU 7AHREG EQU 79HDATO2 EQU 78HDATOANT2 EQU 77HPULSOS2 EQU 76HRESTA2 EQU 75HRESTA3 EQU 74HRESULT2 EQU 73HREG2 EQU 72HRESPALDO EQU 71HRESPALD02 EQU 7OH
ORGLOMPORGLOMPORGLJMP
OOOOHINICIO0003HEXTERO0013HEXTER1
INICIO:MOVCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRCLRSETBSETBSETBSETB
SP,#30H9HPl.OPl.lP1.2P1.3OH1H2H3HOAHOBH9HEAITOIT1EX O
;DESHABÍLITACIÓN DEL CIRCUITO DE POTENCIA;PARA EL MOTOR DEL ACELERADORFDESHABILITACION DEL CIRCUITO DE POTENCIArPARA EL MOTOR DEL FRENO
*
SETB. ****í
:'IDENTIFICACIÓNt* ***
CLRMOVANLCJNESETBSJMP
REGISTROS:SETBCLRCLRi-****
;LECTURA DE LOS
EX1***j
DEL TIPO DE RESET************************
P1.6A,F1A,#80HA,f80H,REGISTROSP1.6LECTURA
P1.6CA
-******
FINALES DE CARRERA
f*********
SETBMOVMOVXSETBANLCJNESJMP
RETORNOl:SETB
RETORNOl1:JBCLR
FC_FRENO:MOVMOVXSETBANLCJNESJMP
RETORN02:SETB
RETORN022:JBCLR
PP:CLRMOVMOVXMOVSALTO:MOVINCCJNECLRCLRCLRCLRCLR
9HDPTR,#SWA,gDFTR6HA,f03HA,#01H,RETORNOlFC_FRENO
Pl.l
6H,RETORNOl1Pl.l
DPTR,#SWA,@DPTR8HA,fOCH 'A,#04H,RETORN02PP
P1.3
8H,RETORNO22P1.3
ADPTR,#LEDSSDPTR/ARO,#RESPALD02
@RO,ARORO,#80H,SALTO4H5H6H7H8H
MOVMOVMOV
R3,#OOHR4,#OOHR5,fÓOH
;.SE LIMPIAN LOS REGISTROS
•***•>?*•***•*•*****•
/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELERADOR/
LECTURACLRCLRSETBMOVMOVXCLRMOVSUBEJCSJMP
2H3HP1.5DPTR, #ADCA, @DPTRCRESPALDO, AA,REGCORRECCIÓNCOMPARA
/ARRANCA EL WDT/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELERADOR
/ELIMINACIÓN DE LAS VARIACIONES EN EL/CONVERSOR A/D
CORRECCIÓN:
COMPARA
ERROR:
NUEVO:
VOLVER:
CLRCPLADDSJMP:CJNEMOVSJMP
CLRCLRJCMOVSJMP
CLRCLRMOVSWAPANLRRANLMOVCLRSUBEJCCJNE
CLRNOPNOPNOPLJMP
CAA,#01HCOMPARA
A,#09H,ERRORA, RESPALDONUEVO
OH1HVOLVERA, RESPALDONUEVO
OH1HREG,AAA,#OFHAA,#OFHDATO, ACA, DATOANTSENNEGA,#OOH,SIGA
P1.5
LECTURA2
/SE CAMBIA EL FORMATO, PUES EL RESULTADO/ESTA EN COMPLEMENTO DE 2
/LOS DATOS VALIDOS SON LOS QUE VARÍAN MAS 9H/RESPECTO DE LA LECTURA ANTERIOR
/CHEQUEO PARA SABER SI LA DIFERENCIA ENTRE LA/NUEVA LECTURA Y LA ANTERIOR ES MAYOR A 09H
/SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVO/SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVO/SE GUARDA EL DATO CON EL QUE SE TRABAJA/INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LAS DIVISIONES/NECESARIAS PAPA CONSEGUIR DIVIDIR LAS 256/LECTURAS DIFERENTES QUE ENTREGA EL uC EN/OCHO INTERVALOS VALIDOS
/SE DETERMINA LA NUEVA SE¥AL DE REFERENCIA/COMO LA DIFERENCIA ENTRE EL NUEVO INTERVALO/CALCULADO Y EL ANTERIOR
/SE DESHABILITA EL WDT
/SALTO A LA LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL FRESIGA:
MOV RESTA,A /SE GUARDA EL VALOR DE LA NUEVA REFERENCIA PARA
SJMP 3ENPOS ;EL GIRO POSITIVOSENPOE
ENVIO1:
SENNEG:
ENVIO2:
SETBSSTBCLP.MOVMOVSETB
JEi— r Dv^.i_tÁl
CLRNOPNOPNOPNOPNOPLJMP
MOVSETBSETBCLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB
JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP
OH5HPl.lPULSOS, RESTAR3,#ÜOHPl-0
5H/ENVIO1CP1.5
LECTURA2
RESTA1.A1H6HPl.OQ
A,RESTA1AA,#01HRESTA, A
/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA 0/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA 5
,-SEVAL DE REFERENCIA PARA EL CONTROL/SE LIMÍIA EL CONTADOR DE PULSOS/ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN SENTIDO POSITIVO
/BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOS/LIMPIA EL CARRY/SE DESHABILITA EL WDT
/VALOR DE LA NUEVA REF. EN COMPLEMEN. DE 2/ACTIVACIÓN DE LA BANDERA PARA EL GIRO NEG./ACTIVACIÓN DE LA BANDERA PARA EL GIRO NEG,
/SE CAMBIA EL FORMATO, PUES RESTA1 ESTA EN/COMPLEMENTO DE 2/SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIA EN EL
PULSOS, RESTA /FORMATO CORRECTOCR3,#OOHPl.l
6H,ENVI02CP1.5
LECTURA2
/SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOS/ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN EL SENTIDO NEGATIVO
/BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOS/LIMPIA EL CARRY/SE DESHABILITA EL WDT
-* ***************** 4-* *4- ***** * * * -í- * * * * * i * * *
/LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL FRENO- ************************•:r
LECTURA2:CLRCLRSETBMOVMOVMOVXMOVCLRSUBB
OH1HP1.5RESULT2,#OOHDPTR, tADC2A, 0DPTRRESPALDO2,ACA,REG2
I-**** ****** -A- ***********************•;
SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVOSE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVOHABILITACIÓN DEL WDT/SE LIMPIA EL REGISTRO RESULT2
/MEDIANTE SOFTWARE SE ELIMINAN LAS/VARIACIONES QUE SE PRODUCEN EN EL CONVERSOR/A/D QUE ALTERAN EL FUNCIONAMIENTO
JC• SJMP
CORRECCION2 :CLRCPLADDSJMP
COMPARA2 :CJNE •MOVSJMP
ERROR2:CLRCLRJCMOVSJMP
NUEVO2 :CLRCLRMOVSWAPANLRRANLRRMOVANLMOVCLRSUBEJCCJNEMOVCJNECLRSJMP
VOLVER2 :CLRNOPNOPNOPLJMP
SIGA2:MOVSJMP
SEHPOS2:SETBSETBCLRMOVCJNEMOVSUBBCJNE
CORRECCION2COMPARA2
C ;SE CAMBIA EL FORMATO, PUES EL RESULTADOA ;SE TIENE EN COMPLEMENO DE 2A,#01HCOMPARA2
A,#09H,ERROR2 ; LOS DATOS VALIDOS SON LOS QUE VARÍAN MAS DEA/RESPALD02 ; 9H RESPECTO DEL DATO ANTERIORNUEV02
2H3HVOLVER2 ; CHEQUEO PARA SABER SI LA DIFERENCIA ENTRE LAA/RESPALD02 ; NUEVA LECTRA Y LA ANTERIOR ES MAYOR A 09HNUEV02
2H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO POSITIVO3H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO NEGATIVOREG2,A ;SE GUARDA EL DATO CON EL QUE SE TRABAJAA ; INSTRUCCIONES PARA REALIZAR LAS DIVISIONESA, #OFH .-NECESARIAS PARA CONSEGUIR DIVIDIR LAS 256A ; LECTURAS DIFERENTES QUE ENTREGA EL uC ENA,#OFH ; CINCO INTERVALOS VALIDOSARESULT2 , AA,fOFHDATO2,A ;EN DAT02 SE GUARDA LA SE¥AL DE REFERENCIACA,DATOANT2 ;SE DETERMINA SI EXISTE CAMBIO ENTRE LA NUEVA •SENNEG2 ;SE¥AL DE REFERENCIA Y LA ANTERIORA,#OOH/SIGA2A, RESULT2A,#83H,VOLVER2ASIGA2
P1.5 ;SE DESHABÍ ITA EL WDT
LECTURA ; SALTO A LA LECTURA DEL CONVERSOR A/D DEL ACELE
RESTA2,A ;SE GUARDA EL VALOR DE LA NUEVA REFERENCIASENPOS2 ;PARA EL GIRO POSITIVO
2H7HP1.3A,DAT02A, #03H, CONTINUE2A, RESULT2Af DATO2A , # 0 OH , OTRORANG02
SJMP CONTINUE2OTRORANGO2:CLRMOVINCMOVMOVINCMOV .MOVSJMP
CONTINUE2:MOVMOVSETB
ENVÍOS :JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP
SENNEG2 :MOVMOVCJNELJMP
CONTINÚES:SETBSETBCLRCLRMOVCPLADDMOVMOVCLRMOVSETB
ENVIO4 :JBCLRCLRNOPNOPNOPNOPLJMP
CA,RESTA2ARESTA2,AA,DAT02ADAT02 , ARESULT2,#OOHCONTINUE2
PULSOS2,RESTA2R3,#OOH ;SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOSPl.2 /ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN SENTIDO POSITIVO
7H, ENVÍOS /BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOSC ; LIMPIA EL CARRYPl.5 ;SE DESHABILITA EL WDT
LECTURA
RES TAS, A ; VALOR DE LA NUEVA REF.EN COMPLEMENTO DE 2A, RESULT2A, #83H, CONTINÚESLECTURA2
3H8HPl.2CA, RES TASA ;SE CAMBIA EL FORMATO, PUES RESTA2 ESTA ENA,#01H /COMPLEMENTO DE 2RESTA2,A ;SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIA EN ELPULSOS2,RESTA2 ./FORMATO CORRECTOr;
R3,fOOH ;SE LIMPIA EL CONTADOR DE PULSOSP1.3 /ACTIVACIÓN DEL PUENTE EN EL SENTIDO NEGATIVO
8H,ENVI04 /BANDERA PARA ESPERAR TODOS LOS PULSOSC /LIMPIA EL CARRYPl.5 /SE DESHABILITA EL WDT
LECTURA
;INTERRUPCIÓN! PARA LA RECOLECCIÓN DE PULSOS Y ENCENDIDO/APAGADO DE LEDS/ADEMAS ACTÚA AL DETECTAR LA ACCIÓN DEL FINAL DE CARRERA DEL ACELERADOR
EXTER1:
SALiDA:
CHEQUEO:
SEGUÍ Rl :
CONTEO:
PUSEPUSHPU3HJN'BSJMP
L.JMP.
MOVMOVXANLCJNEJBLJMP
CJNEJBLJMP
JBJBJBJBLJMP
ACC .DPHDPL9H, SALIDACHEQUEO
SALIR1
DPTR, #SWA, @DPTRA,#03HA,#01H,SEGUIR1
• OAH, CONTEOSW ACELER
A, #02H, CONTEOOBH, CONTEOSEGUÍ R2
OH,POSIT11H,NEG12H,POSIT23H,NEG2SALIR1
CHEQUEO DE LA BANDERA DE HABILITACIÓN
SE LEE LA DIRECCIÓN CORRESPONDIENTE A LOSFINALES DE CARRERAESTADO DE LOS FINALES DE CARRERA DEL ACELER
BANDERA DE FIN DE CARRERA GIRO NEGATIVO
BANDERA DE FIN DE CARRERA GIRO POSITIVO
BANDERA DE GIRO POSITIVO EN EL ACELERADOR?BANDERA DE GIRO NEGATIVO EN EL ACELERADOR?BANDERA DE GIRO POSITIVO EN EL FRENO?BANDERA DE GIRO NEGATIVO EN EL FRENO?
POSITI:
NEG1:
MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRCLRLLENAR:MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVXLJMP
MOVINCCJNECLRNOP
A,R3A ;SE INCREMENTA EL CONTADOR DE PULSOSA,PULSOS,LLENAR /COMPARACIÓN CON LA SE¥AL DE REFERENCIAPl.O ,-DESHABILITACION DEL GIRO POSITIVO
Pl.lRET_ACELERPl.lDATOANT,DATO ;SE GUARDA EL VALOR DE LA REFERENCIAOAH ;SE LIMPIA LA BANDERA DEL FIN DE CARRERA(-)5H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO (+)
R3,ADPTR,fLEDSA,R4CAR4,A@DPTR,ASALIR1
;SE APUNTA A LA DIRECCIÓN DE LOS LEDS/DATO QUE CONTIENE EL # DE LEDS ENCENDIDOS/BIT QUE ROTA PARA ENCENDER LOS LEDS;ROTACIÓN A LA IZQ.PARA ENCENDER LOS LEDS;SE GUARDA EL # DE LEDS ENCENDIDOS;SE ORDENA ENCENDER LOS LEDS
A, R3AA,PULSOS,VACIARPl.l ,-DESHABILITACION DEL GIRO NEGATIVO
POSIT2:
NEG2:
NOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRCLRVACIAR:MOVMOVMOVCLRRRCMOVMOVXLJMP
MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRLLENAR2MOVMOVMOVSETBRLCMOVMOVXLJMP
MOVINCCJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVCLRVACIAR2MOVMOV
Pl.O. ; APLICACIÓN DEL FRENORET ACELERPl.ODATOANT,DATO ;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓNOBH ;SE LIMPIA LA BANDERA DEL FIN DE CARRERA (+)6H ;SE LIMPIA LA BANDERA DE GIRO (-)
R3,ADPTR, #LEDSA, R4CAR4,A@DPTR,ASALIR1
A, R3 .AA, PULSOS 2 , LLENAR2P1.2
P1.3 /APLICACIÓN DEL FRENORET FRENOP1.3DATOANT2,DAT02;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓN7H
R3,ADPTR, #LEDS2A,R5CAR5,A@DPTR,ASALIR1
A,R3AA, PULSOS2 , VACIAR2P1.3
P1.2 ; APLICACIÓN DEL FRENORET FRENOP1.2DATOANT2 , DATO2 ;SE GUARDA EL VALOR DE LA POSICIÓN8H:
R3,ADPTR,#LEDS2
MOV, CLRRRCMOVMOVXSJMF
-•!•* + »*+•*•** -i-
A,R5CAR5,A@DPTR,ASALIR1
• -i- •>• •i• * -t- •<• *• -n- j- •* 4' 4- 4- 4- 4- -i- 4; 4- •*• -i- 4' 4- •*• * -i- -J* -i- -J- -i- -A- •*• •*• 4- -í- -í- -i- - -i- 4- 4- 4- 4- •*• •i- -í- -i- * -í- 4- 4- -J- 4- -t- -ir -í- -í- -í- •»- 4- -í- 4-/
;PARTE DE LA INTERRUPCIÓN CORRESPONDIENTE A LOS FINALES DE CARRERA DEL ACELER. 4. . 4- 4. : ,. 4- 4- 4- . - + i- 4. <- - ~í- 4. 4. -t- 4- 4- 4.- 4.- -i * 4- 4- ie 4 •*• -i. -i- * 4- 4 4.- 4- * 4- -i- 4- 4- 4- 4- 4/ •*• 4- 4 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- 4- -y- 4- 4- 4- 4- 4- -ír 4- 4- 4 4- 4- 4- 4- 4- •; 4- 4-
Sví_ACELER:SETBCLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLRSJMP
SEGUIR2:SETBCLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR
SALIR1:POPPOPPOPRETÍ
OAHPl.l
Pl.ORET_ACELERPl.OR4,#OOHDATOANT,#OOHDPTR,#LEDSA,iOOH@DPTR,A6HSALIR1
OBHPl.O
Pl.lRET_ACELERPl.lR4,f07HDATOANT,#07HDPTR,tLEDSA,#7FH@DPTR,A5H
DPLDPHACC
- 4/ 4- 4- 4r 4,- 4.- 4.- 4r 4- 4- 4r -i- 4/ 4- -b 4- 4.- 4- 4- 4- 4r 4- 4- 4.- 4- 4- 4r 4r 4,- 4- 4- 4- •*• 4- 4r 4- 4: 4- 4.- 4: 4.- 4- 4í 4- 4- 4- 4r 4- 4- 4.- 4- Sr 4,- 4- 4- 4,- 4f 4- 4/ 4- i- 4- 4- 4- 4- 4- 4- -i- 4- 4- 4-
; INTERRUPCIONO PARA LOS FINALES DE CARRERA DEL FRENO
EXTERO:PUSHPUSHPUSHJNBMOV
ACCDPHDPL9H,SALIRODPTR,#SW
; CHEQUEO DE LA BANDERA DE HABILITACIÓN; LECTURA DE LA DIRECCIÓN CORRESPONDIENTE
í
SEGÜIRO:
t?
SALIRO :
MOVXANLCJNECLRNQPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLRSJMP
CJNECLRNOPNOPNOPSETBLCALLCLRMOVMOVMOVMOVMOVXCLR
POPPOPPOPRETÍ
A, §DPTRA, #OCHA, #04H, SEGÜIROP1.3
P1.2RET FRENOP1.2R5,#OOHDATOANT2,#OOHDPTR,fLEDS2A,#OOÍT@DPTR,A8HSALIRO
A, Í08H, SALIROP1.2
P1.3RET FRENOEl. 3R5,£04HDATOANT2,#04KDPTR,#LEDS2A,£OFH@DPTR,A7H
DPLDPHACC
;A LOS FINALES DE CARRERA;SE DESECHAN LOS DATOS QUE NO SON DEL FRENO
;SE DESHABILITA EL GIRO NEGATIVO
/APLICACIÓN DEL FRENO DEL MOTOR
;#DE LEDS QUE SE ENCIENDEN ES CERO; GUARDA EL DATO DE LA POSICIÓN INICIAL;SE APAGAN TODOS LOS LEDS
; LIMPIA LA BANDERA DEL GIRO (-)
;SE DESHABILITA EL GIRO POSITIVO
/APLICACIÓN DEL FRENO DEL MOTOR
/#DE LEDS QUE SE ENCIENDEN ES CUATRO/GUARDA EL DATO DE LA POSICIÓN FINAL/SE ENCIENDEN TODOS LOS LEDS
/LIMPIA LA BANDERA DEL GIRO (-i-)
; RUTINAS DE RETARDOS DE TIEMPO. •)• -i- * 4. * -i- * -t- 4 * * -)• -r * -í 4- -t- •k * 4- * 4- 4/ 4- 4- -i- •}• -t -I- 4- 4- * •!•r
RET_ACELER:MOV P,7,#OFH
LAZOS :MOV R6,#OFFHD JNZ R6 , $DJNZ R7 , LAZOSRET
* •*• -i- -I- ± -t -t i- 4- -í -í * + ~t- •>• -t 4 -le 4- * i 4- 4-
RET_FRENO:MOV
LAZO4:MOVDJNZDJNZ
R7/#1BH
R6,#OFFHR6,$R7,LAZ04
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