tesis 27 de febrero 2006 - uao
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AUTOMATIZACION DE PLANTA PARA PRÁCTICA DE ONDAS
ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA PARA EL LABORATORIO DE
FISICA II
CARLOS HECTOR CAMPO ORDOÑEZ
Proyecto de grado para optar al titulo de ingeniero mecátronico.
Directores
ARNALDO MENDEZ PUPO
MSc. Ingeniero Electrónico
MSc. ROBERTH SÁNCHEZ
UNIVERSIDA AUTONOMA DE OCCIDENTE
FACULTAD DE INGENIERIA
DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA Y MECANICA
PROGRAMA DE INGENIERÍA MECATRONICA
SANTIAGO DE CALI
2006
HENRY CABRA TAMAYO
Firma del jurado
ALBARO ROJAS CABRA
Firma del jurado
Santiago de Cali, 23 de febrero 2006
Nota de aceptación:
Trabajo aprobado por el comité de grado en cumplimiento de los requisitos exigidos por la Universitaria Autónoma De Occidente para optar al titulo de ingeniero mecatrónico.
CONTENIDO
Pág.
GLOSARIO 10
RESUMEN 11
INTRODUCCION 13
1. MARCO TEORICO 16
2. METODOLOGIA 28
3. OBJETIVOS 29
3.1. OBJETIVO GENERAL 29
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS 29
4. JUSTIFICACIÓN 30
5. PLANIFICACIÓN 33
5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA 33
5.2. ANÁLISIS QFD DEL PROBLEMA 35
5.2.1. Descripción del cliente 35
5.2.2. Requerimiento de cada uno de los clientes 36
5.2.3. Niveles de importancia de los requerimientos de clientes 36
5.2.4. Requerimientos específicos de ingeniería 39
5.3. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO 40
5.3.1. Especificaciones generales 41
6. DESARROLLO CONCEPTUAL 42
6.1. ANÁLISIS FUNCIONAL DEL PRODUCTO 42
6.1.1. Identificación de las funciones generales del producto 42
6.1.2. Descomposición de la función general en Subfunciones 43
6.2. REFINAMIENTO DE LAS SUBFUCNCIONES 45
6.2.1. Concepto seleccionado 47
6.2.2. Evaluación del concepto 53
6.2.3. Descripción del concepto desarrollado 54
6.3. CÁLCULOS DE INGENIERIA 56
6.3.1. Calculo para análisis de curvaturas en ejes guías 56
6.3.2. Calculo para diámetro de eje tensor 59
6.3.3. Calculo de abolladura en polea de empack 60
6.3.4. Calculo para puente resistivo 63
7. DISEÑO A NIVEL DE SISTEMAS 67
7.1. AQUITECTURA DE PRODUCTOS 67
7.1.1. Arquitectura del sistema 67
7.1.2. Descomposición + interacciones 68
7.1.3. Estableciendo la arquitectura 69
7.1.4. Arquitectura del sistema electrónico 75
8. DISTRIBUCIÓN GEOMÉTRICA DE COMPONENTES 77
8.1. INTERACCIONES FUNDAMENTALES E INCIDENTALES 81
8.2. CHUNCKS 88
9. DISEÑO INDUSTRIAL 94
10. CONCLUSIONES 97
11. FUTURAS MEJORAS 99
BIBLIOGRAFIA 101 ANEXOS 103
LISTA DE TABLAS
Pág.
Cuadro 1. Requerimiento de los estudiantes 36
Cuadro 2. Requerimiento de los representantes de manufactura 37
Cuadro 3. Requerimiento de la UAO 37
Cuadro 4. Calificación del requerimiento 38
Cuadro 5. Premisas y Restricciones del Diseño 39
Cuadro 7. Especificaciones Preliminares 41
Cuadro 8. Concepto Básico del Equipo 46
Cuadro 9. Relación que Existe Entre los Distintos Elementos 67
Cuadro 10. Nivel de Importancia de las Necesidades Ergo. Y Este 93
LISTA DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Equipo Actual 16
Figura 2. Diagrama de Newton (Segmento de Cuerda Tensada) 17
Figura 3. Cambio de fase sobre una onda reflejada 19
Figura 4. Pulso Viajero 24
Figura 5. Actuador (Membrana) 25
Figura 6. Etapa del Proyecto 28
Figura 7. Especificaciones de Diseño 40
Figura 8. Volumen de Trabajo 41
Figura 9. Caja Negra 42
Figura 10. Descomposición de la Función General en Subfunciones 43
Figura 11. Funciones de la Subfunción General (Vibración del pistón) 44
Figura 12. Funciones de la Subfunción (tensión en cuerda) 44
Figura 13. Funciones de la subfunción (Regular Longitud en Cuerda) 45
Figura 14. Pistón Neumático de Efecto Simple 47
Figura 15. Motor con Polea Excéntrica y Pistón 48
Figura 16. Membrana Electromagnética 48
Figura 17. Mecanismo Conformado por un Motor, Galga y Polea 49
Figura 18. M. Conformado por un Motor, Clarostato, Polea y Resorte 49
Figura 19. M. Conformado por un Motor, Piñón para C. dentada y Clarostato 50
Figura 20. M. Integral Conformado por un Motor, Piñones, Clarostato, P. Y G 50
Figura 21. Módulo Con Actuador Membrana Electromagnética 55
Figura 22. Módulo con Mecanismo de Posicionamiento Independiente 55
Figura 23. Módulo con Mecanismo de Tensión Independiente 55
Figura 24. Esquema del dispositivo 56
Figura 25. Diagrama de Fuerza y Momentos 57
Figura 26. Diagrama de cuerpo libre 59
Figura 27. Diagrama de fuerzas 60
Figura 28. Área Reflejada 61
Figura 29. Puente Resistivo 63
Figura 29. Puente Resistivo 66
Figura 30. Descomposición + Interacciones 68
Figura 31. Esquema del Dispositivo (Caja de control) 69
Figura 32. Esquema del Dispositivo (Caja Motriz) 69
Figura 33. Esquema del Dispositivo (Caja Móvil) 70
Figura 34. Distribución Geométrica (Caja de Control) 77
Figura 35. Vista Lateral (Caja de Control) 78
Figura 36. Caja Motriz 78
Figura 37. Caja Móvil 79
Figura 38. Interacciones Fundamentales e incidentales (C. de P. de datos) 83
Figura 39. Interacciones Fundamentales e Incidentales (caja de control) 84
Figura 40. Interacciones Fundamentales e Incidentales (Caja Móvil) 85
Figura 41. De Grupo de Elementos a Conjuntos (C, procesamiento de datos) 89
Figura 42. De Grupo de Elementos a Conjuntos (Caja de Control) 90
Figura 43. De Grupo de Elementos a Conjuntos (Caja Móvil) 91
LISTA DE ANEXOS
Pág.
Anexo A. Figura 44 Caja de Control 103
Anexo B. Figura 45 Caja Móvil 104
Anexo C. Figura 46 Caja Motriz 105
Anexo D. Figura 47 Esquema General 106
Anexo E. Figura 48 Esquema Circuito Lámpara 107
Anexo F. Figura 49 Esquema Circuito Fuente Reguladora de Voltaje 108
Anexo G. Figura 50 Esquema Circuito Conversor Digital a Análogo 109
Anexo H. Figura 51 Esquema Circuito Distribuidor de Señales 110
Anexo I. Figura 52 Esquema Circuito Controlador 111
Anexo J. Figura 53 Diagrama de Flujo Rutina de Selección 112
Anexo K. Figura 54 Procesamiento de datos 1 (Autocalibración) 113
Anexo L. Figura 55 Procesamiento de datos 2 (Regulación de Longitud) 113
Anexo M. Figura 56 Procesamiento de datos 3 (Regulación de tensión) 114
Anexo N. Figura 57 Procesamiento de datos 4 (Regulación de Hz.) 114
Anexo Ñ. Figura 58 Prototipo Virtual en 3D 115
Anexo O. Figura 59 Prototipo Virtual en 3D 115
Anexo P. Manual de usuario 116
Anexo Q. Cuadro 6 Análisis QFD 131
Anexo R. Planos De Manufactura 132
Anexo S. Planos Electrónicos 185
Anexo T. Código De Programación 191
GLOSARIO
ACTUADOR: Elemento o dispositivo que realiza trabajo físico.
CHUNKS: Consiste en representar grupos de elementos en conjuntos funcionales.
FIRMWARE: Software Embebido. Consiste en realizar programación integrada en
un sistema o dispositivo electrónico para aislarlo por completo del computador.
ON / OFF: Expresión abreviada de cambio de estado (ENCENDIDO O
APAGADO) .
PWM: Significa “Modulación por Ancho de Pulso”, consiste en disminuir o
incrementar el Ton de una señal cuadrada para regular su voltaje medio.
QFD: (Quality Funtion Deployment) Se trata del uso de las descripciones
sistemática de las relaciones existentes entre todas las exigencia de una
producto.
RESONANCIA: Máximo nivel de amplitud ocasionado por la igualación de
frecuencias.
RESUMEN
El trabajo consiste en ilustrar las diferentes fases que se llevaron acabo para el
desarrollo del proyecto “AUTOMATIZACION PARA PRACTICA DEL
LABORATORIO DE FISICA II. ONDAS EN CUERDAS FIJAS”, dichas fases, se
basan en la planificación, desarrollo conceptual, Diseño de sistemas y Diseño
detallado; teniendo en cuenta la justificación por el cual se desarrollo dicho
proyecto.
Uno de los objetivos era mejorar los recursos de laboratorio disponibles para la
enseñanza de la física, ya que la teoría no es suficiente para obtener un alto nivel
de comprensión y las prácticas juegan un papel importante en el proceso
enseñanza aprendizaje.
Se rediseñó un equipo capaz de reunir las características principales para hacer
de dicha practica, una actividad más eficiente y agradable para el usuario, donde
no sea necesario depositar mucho tiempo en instalaciones y calibración de partes,
si no mas bien permitir que el usuario se concentre en el fenómeno físico
(propagación de ondas en cuerdas con un extremo fijo y superposición de una
onda).
Con el desarrollo de este proyecto se mejoró el sistema usado para prácticas de
ondas en cuerdas fijas, optimizando la pedagogía y el aprendizaje en el tema de
interés y demás mejoró la disposición del estudiante para afrontar la práctica y por
tanto el ambiente de trabajo durante la práctica. Se tuvieron en cuenta aspectos
como: ¿para quién va dirigido proyecto?, ¿cuales son los requerimiento y su
clasificación? ¿Especificaciones de ingeniería y diseño?
En la fase de desarrollo conceptual se analiza el producto como un bloque
funcional donde se destacan las entradas y salidas del mismo, se descompuso la
función general en funciones específicas o subfunciones y se analizó cada función
como un pequeño problema que a su vez depende de procesos funcionales. Para
la implementación de cada subfunción se seleccionaron una serie de partes,
elementos, dispositivos y se soportaron con conceptos teóricos que validaban la
función satisfactoriamente; una vez seleccionados los conceptos de los módulos,
se analizó la arquitectura del producto, y las interacciones entre los módulos.
Finalmente se detalló la fase de diseño, donde se ilustró la forma final de cada una
de las partes de los módulos, se observaron los cálculos de algunas partes
sometidas a esfuerzo y se estructuró el sistema general con cada una de sus
partes.
INTRODUCCION
El actual informe contempla diversos elementos fundamentales, que constituye
una metodología capaz de dar información suficiente para comprender paso a
paso como se creo el proyecto.
Dichos elementos parten desde objetivos claros hasta entrega final del producto.
Al iniciar el informe partiremos con lo objetivos. Estos son fundamentales ya que
permitieron dar dirección a lo se desarrollo.
Más adelante continua con la justificación la cual ilustra los beneficios que se
logran con el desarrollo del equipo.
De igual forma se observara la descripción del problema basado en una pregunta
general que encierra diversos factores que ponen en evidencia la problemática
actual en la práctica del laboratorio.
Continúa con el análisis QFD. De aquí desciende la descripción de los clientes
para los cuales va dirigido el proyecto, entre ellos tenemos: los estudiantes,
representantes de manufactura y la UAO.
De igual forma se observaran tablas en la que se representan los planteamientos
de los clientes Vs. Identificación de necesidades, Requerimientos Vs. Definiciones
(para representantes de manufactura y UAO.), Requerimiento Vs. Calificaciones,
Requerimiento Vs. Definición en cuanto a restricciones de diseño. Y
Especificaciones preliminares.
Se observara el análisis funcional del producto visto como diagrama de bloques,
donde interfieren señales de entrada y salida.
Se mostrara la descomposición de la función general en subfunciones. Obteniendo
como resultado subfunciones como: Vibración del pistón, Regulación de longitud, y
subfunciones parcialmente terminadas como: activar lámpara y tensión en cuerda.
Más adelante se mostrara los diferentes conceptos participes en la selección del
concepto más adecuado. Aquí se ilustrara las formas y diseño de algunos
subsistemas que solucionaban la necesidad planteada.
Ya hecha la selección del concepto para cada módulo del sistema, se procede a
mostrar los cálculos de ingeniería, para algunas piezas esenciales tales como:
Ejes guías (Deflexión máxima), Eje tensor (Esfuerzo cortante) y polea en empack
(Abolladura en diámetro interno). En la parte de acondicionamiento de señales se
mostrara el cálculo o modelo matemático para el puente resistivo (Puente
Wishton), fundamental para sensar tensión en la cuerda a través de galgas
extensometricas.
Continuamos con la arquitectura del sistema. Aquí se mostrara una tabla de
Elementos físicos Vs. Elementos funcionales, un diagrama de la descomposición
del sistema más interacciones fundamentales, Arquitectura y layout del equipo.
Posteriormente se observara las interacciones fundamentales e incidentales para
cada uno de los módulos (Caja de control, Caja móvil y Caja motriz).
Ya finalizando se observara el diseño industrial, basado en necesidades
ergonómicas y estéticas con su nivel de importancia.
Por ultimo se mostrara los esquemas electrónicos, esquemas detallados de
manufactura y diagrama de flujo de las funciones principales.
1. MARCO TEORICO
La Universidad Autónoma de Occidente cuenta con laboratorios que ofrecen un
servicio a la comunidad universitaria con el fin de fortalecer los conocimientos
adquiridos en la teoría. Por este motivo los laboratorios cuentan con plantas o
equipos eléctricos, electrónicos y mecánicos que cumplen con esta labor, tal es el
caso del laboratorio de Física II que esta constituido por equipos en gran mayoría
electrónicos que son herramientas fundamentales para obtener buenas prácticas
físicas como lo es el equipo para práctica de ondas estacionarias en una cuerda u
ondas transversales (equipo actual).
Para aquellos que no le es familiar el tema de ondas estacionarias en una cuerda
o tienen un vago recuerdo sobre este, recordemos que la teoría física se basa en
el estudio Newtoniano o análisis de fuerzas en una cuerda que se mueve,
formando ondulaciones en el espacio.
Figura 1. Equipo Actual
La fuerza que hace volver un segmento de cuerda de longitud dx a su posición de equilibrio es paralela al eje y e igual a:
( )
==
−+=−+=
=
∂∂=
==
∂∂=
≈≈
=
−+=
α
αααααα
αα
αα
αα
ααααα
α
αααα
Figura 2. Diagrama de newton, para un segmento de cuerda tensada.
ρ
ρ
ρρρ
ρ
ρπ
ρ
=
=
===
===
===
=
=
Como resultado del análisis anterior se obtiene una pulso viajero (ver figura) con
una velocidad proporcional a la raíz cuadrada de la tensión e inversamente
proporcional a la raíz cuadrada de las características mecánicas de la cuerda,
como son: la densidad lineal y área transversal de esta:
ρ=
1.1. ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA DIMENSIÓN
Consideremos una cuerda con un extremo fijo. Donde el extremo O es un punto
fijo. Una onda transversal incidente moviéndose hacia la izquierda y de ecuación
+= ξξ se refleja en O, originando una nueva onda que se propaga
hacia la derecha y que tiene por ecuación ξ ξ= − . el desplazamiento en
cualquier punto de la cuerda es el resultado de la interferencia o superposición.
De estas dos ondas, esto es,
ξ ξ ξ ξ= + + = −
En el punto O, tenemos x = 0, de modo que
ξ ξ ξ= = −
Pero O es fijo lo cual significa que ==ξ en todo instante esto requiere que
ξξ −=
en otras palabras la onda experimenta un cambio de fase de 180 cuando se refleja
en el extremo fijo. Hemos encontrado este cambio de fase en muchas ocasiones
anteriores como lo muestra la figura. Lo cual muestra un pulso incidente y uno
reflejado entonces la ecuación se convierte en:
−−+= ξξ
λ
!"#$ %
Figura. 3 Cambio de fase sobre una onda reflejada
&
Utilizando la relación trigonometrica
'
βαβαβα +−=−
' ξξ =
Las expresiones ± no aparecen más en la ecuación y no representa una
onda viajera. Efectivamente, esta última expresión representa un movimiento
armónico simple cuya amplitud varía de punto a punto y esta dada por:
ξ=
La amplitud es cero cuando kx = nπ, donde n es un número estero, este resultado
también se puede escribir de la forma:
λ
=
Estos puntos se denominan nodos, los nodos sucesivos estan separados por una
distancia de λ
cuando recordamos la expresión
= , para la velocidad de
propagación de las ondas a lo largo de una cuerda sometida a una tensión T y que
tiene una masa m por unidad de longitud, la longitud de una onda se determina
por
ππλ == y es arbitrario siempre y cuando la frecuencia angular
también lo sea.
Supongamos ahora que imponemos una segunda condición: que le punto x = l,
que es el otro extremo de la cuerda, sea también fijo. Esto también significa que x
= l es una nodo y debe se satisfacer la condición kl = nπ. O, si usamos la
ecuación
=== λλ
Esta segunda condición limita automáticamente las longitudes de ondas que
pueden propagarse en esta cuerda a los valores dados por la ecuación anterior,
también están limitadas las frecuencias de oscilación a los valores
===
π
Donde
=
se llama frecuencia fundamental. De este modo las posibles frecuencias de
oscilación (llamadas armónicos) son todos lo múltiplos de la fundamental.
Podemos decir que las frecuencias y longitudes de ondas están cuantiazadas, y
que la cuantización es el resultado de las condiciones de contorno impuestas por
ambos extremos de la cuerda, esta es una situación que aparece en muchos
problemas físicos, como tendremos frecuentemente ocasiones de ver mas a
delante. Las figuras indica las distribución de amplitud para los tres primeros
modos la vibración (n = 1, 2, 3). Los puntos de máxima amplitud son los antinodos.
La distancia entre antinodos sucesivos es también λ
. Desde luego que la
separación entre un nodo y un antinodo es λ
observar mientras que =ξ en los
nodos =∂∂
ξ en los antinodos, ya que la amplitud es máxima.
1.2. ONDAS ESTACIONARIAS Y LA ECUACIÓN DE ONDA
Ecuación que regula la propagación de una onda
∂∂=
∂∂ ξξ
Solución general.
++−=ξ
Cuando discutimos la propagación de ondas en una dirección usamos
+− pero no ambas, sin embargo hemos visto que cuando una
onda se refleja en un punto, resultan dos ondas que se propagan en sentidos
opuestos y se debe usar la ecuación anterior. La característica importante de la
ecuación ' ξξ = es que la variable x y t están separadas, con lo
cual resulta una amplitud variable a lo largo de la cuerda, pero fija para cada
punto. Esta es la característica de una onda estacionaria. Debemos entonces
explorar la posibilidad de hacer una formulación mas general de una onda
armónica estacionaria. Es posible satisfacer nuestro requerimiento con una
expresión de la forma.
=ξ
Donde f(x) es la amplitud de la onda en un punto x. Comoξ debe ser una solución
para la ecuación
∂∂=
∂∂ ξξ
debemos sustituir ξ dado en la ecuación
=ξ en la ecuación
∂∂=
∂∂ ξξ
para determinar la condición sobre la
amplitud f(x) para que las ondas sean estacionarias. Ahora bien por derivación,
encontramos
−=
∂∂
∂∂=
∂∂ ξξ
Por consiguiente sustituyendo estos
valores en la ecuación
∂∂=
∂∂ ξξ
y cancelando el factor común sen (wt),
obtenemos
−=∂∂
o, como = ,
=+∂∂
Esta es entonces la ecuación diferencial que debe de satisfacer la amplitud f(x) si
la onda estacionaria dada por al ecuación =ξ debe ser una solución
de la ecuación de la onda. La solución general de la ecuación
=+∂∂
, como
el estudiante puede verificar por sustitución directa, es
' ! += Donde A y B son constantes arbitrarias, por
consiguiente la ecuación =ξ se convierte en
' ! +=ξ
desde luego que podíamos haber usado ' en lugar de con el mismo
resultado, en otras palabras, la fase del factor que depende del tiempo no tiene
importancia en nuestra discusión, las constantes de la ecuación
' ! +=ξ se determina con las condiciones de contorno.
Un fenómeno físico que tiene que ver mucho con esta practica es el tema de
resonancia, ya que la amplitud de la onda cambia en respuesta a pequeños
cambios en las variables involucradas como son frecuencia, longitud y tensión de
la cuerda, se puede observar el sistema en resonancia cuando ante pequeñas
amplitudes del actuador (pistón) se obtiene una máxima amplitud de la onda en la
cuerda, otra forma de observar resonancia en el sistema, es cuando la onda en la
Figura. 4 Pulso viajero
cuerda se enfrenta a la luz estroboscopica de la lámpara igualando las dos
frecuencias (frecuencia de flasheo con frecuencia de vibración) como resultado
se ilustra la onda quieta en el espacio.
Analizando el actuador que genera el movimiento vibratorio (equipo para practica
de ondas estacionarias en cuerdas) es aceptable considerar que este elemento se
asemeja mucho a un sistema masa resorte que crea un Movimiento Armónico
Simple, conocido físicamente como el M.A.S.
1.3. MOVIMIENTO ARMÓNICO SIMPLE (M. A. S.)
Haciendo analogía con el sistema masa resorte se tiene: A: membrana = resorte. B: espigo = masa. Esta analogía permite considerar el uso del mismo modelo matemático que describe el movimiento armónico simple para el sistema masa resorte en este actuador empleado para generar vibraciones en la cuerda.
Figura 5. Membrana Electromagnética
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θ
θ
2. METODOLOGIA
Se proyecta la fabricación de un equipo que satisfaga la necesidad de mejorar las
funciones del equipo actual y este documento muestra como se desarrolla el
equipo Automático para practicas de ondas estacionarias en una cuerda,
siguiendo las diferentes etapas necesarias para la elaboración de proyectos,
planeadas en el siguiente orden:
En la planificación se encuentra la descripción y el análisis QFD (despliegue de las
funciones de calidad) del problema así como las especificaciones de diseño.
Dentro del desarrollo conceptual se menciona el análisis funcional del producto
identificando las funciones y subfunciones principales, se realiza la evaluación de
conceptos seleccionados, adicionalmente se realizan los cálculos de ingeniería
necesarios para el desarrollo de los conceptos. Para la etapa de diseño a nivel de
sistemas se establece la arquitectura del producto y se hace una descomposición
de los sistemas que hacen parte del proyecto. Durante el diseño detallado se
define una distribución geométrica para los sistemas mecánicos, eléctricos y
software, además se brinda una explicación detallada de lo mismo, con sus
respectivos prototipos.
Figura 6. Etapas del Proyecto
3. OBJETIVOS
3.1. OBJETIVO GENERAL
Fabricar un equipo que actualice y mejore las funciones que brinda el dispositivo
actual para práctica de ondas en cuerdas fijas, en el laboratorio de física II.
3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS
• El equipo integrara gran parte de los elementos que participan en el
dispositivo actual, tales como: Regleta, lámpara y pesas.
• El equipo tendrá una interfase digital, conformada por una pantalla y un
teclado de membrana.
• Permitirá la entrada de parámetros digitalmente, tales como: Frecuencia,
Longitud de la cuerda y tensión en la cuerda.
• Los mensajes mostrados en pantalla que representan el funcionamiento del
equipo deberán ser claros y precisos.
• El equipo deberá permitir cambiar la longitud de la cuerda
automáticamente, indicando en la regleta su posición de acuerdo al
parámetro digitado por el usuario.
• El equipo deberá ser robusto sin descartar las cualidades estéticas.
4. JUSTIFICACIÓN
La justificación se ve reflejada en los beneficios que aporta del proyecto asía los
diferentes sectores de la comunidad universitaria y a la misma institución, teles
sectores son: los estudiantes, encargados del laboratorio de física, la Universidad
Autónoma de Occidente Y aquel que desarrolla el proyecto.
Beneficios para la universidad autónoma de occidente: crea un ahorro financiero
en cuanto al desarrollo del proyecto, considerando que el sistema creado lo
componen diferentes áreas de la ingeniería las cuales se encargan de: diseño de
software embebido “firmware” (programación en microcontroladores), diseño
mecánico y fabricación de piezas, diseño electrónico, fabricación de tarjetas
electrónicas y ensamble general.
Crea un orgullo de posesión al ser la única institución con un equipo de ese estilo
y más aun al ser desarrollado al interior de la institución por un estudiante de
pregrado.
Crea motivación en la comunidad universitaria para el desarrollo de nuevos
proyectos, que eleven en cierta medida el nivel de desarrollo investigativo e
innovador dentro de la universidad.
Beneficios para los estudiantes: permite que el estudiante se concentre un poco
más en el análisis del fenómeno físico a analizar y no tanto en la ubicación y
calibración de partes del sistema. Este aspecto es importante de hecho
incrementa un poco más el nivel de comprensión de la práctica y
proporcionalmente su rendimiento en el curso.
Mejora el medio ambiente del estudiante con respecto a la práctica. Ya que los
elementos que la componen no se encontraran dispersos en el área de trabajo.
Reduce interacciones con los módulos del sistema. Al reducir el número de
interacciones reduce proporcionalmente el tiempo que se emplea en el desarrollo
de la práctica.
Beneficio para los encargados del laboratorio: se disminuye la manipulación de
partes que involucra la práctica, por esta razón, el almacenista no estará tan
pendiente en que las partes del sistema se extravíen.
Permite invertir poco tiempo en la organización del laboratorio. De hecho, el nuevo
sistema integra gran parte de los elementos que conforman el equipo actual.
Beneficio de aquel que desarrolla el proyecto: a nivel personal se incremento el
grado de investigación, se incorporo y afianzo conocimientos adquiridos y
olvidados en el transcurso de la carrera.
Con el nuevo equipo se disminuye el tiempo, tanto para el desarrollo de la práctica
(Estudiante) como en montaje (Encargado del laboratorio), ya que gran parte de
los elementos de medición se encuentran integrados en un solo equipo.
Por tener elementos de medición fijos, permite que el usuario disponga de un solo
tipo de ángulo de observación para la toma de datos, esto ayuda a disminuir el
porcentaje de error en los resultados.
5. PLANIFICACIÓN
5.1. DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA La descripción del problema se manifiesto al formular una pregunta global.
¿Que tanto es posible mejorar el sistema que se utiliza para prácticas de ondas en
cuerdas fijas, teniendo en cuenta el tiempo que el estudiante emplea en su
proceso de aprendizaje y considerando el tiempo del encargado de laboratorio?
Es necesario detallar la pregunta general, con otras preguntas que forman parte
de esta, tales como:
¿Que tanto se puede disminuir el número de interacciones que el estudiante
realiza con el sistema, para que preste más atención al fenómeno físico?
¿Que tanto se puede mejorar el medio ambiente del estudiante frente a la práctica
en cuanto al entorno de trabajo y aspecto físico del sistema?
¿Como establecer un orden para que las partes que forman el sistema no
terminen en otras áreas de trabajo?
¿Como disminuir el tiempo del encargado del laboratorio para organizar la
practica?
¿Como disminuir el error o incertidumbre en cuanto a medida de longitud y otros
parámetros?
Analizando las anteriores preguntas se concluye.
La descripción del problema radica en la perdida deliberada de tiempo causada
por la manipulación e interacción de partes del sistema, tanto para los estudiantes
como para los encargados del laboratorio.
Por ser una planta análoga implica que el estudiante invierta más tiempo
ajustando los instrumentos de medición para la toma de datos. Estos pueden
variar de acuerdo al ángulo de observación por lo tanto se presenta errores
considerables en la medida directa y más aun en las medidas indirectas, por tal
motivo implica reiniciar la práctica.
Por otra parte. El encargado del laboratorio debe de invertir más tiempo,
organizando las partes del sistema para hacer posible la práctica, como agruparlas
para guardarlas.
5.2. ANÁLISIS QFD DEL PROBLEMA 5.2.1. Descripción de clientes. Estudiantes de ingeniería: Todos los
estudiantes que cursen asignaturas a fines a la física.
Representantes de manufactura: encargados en fabricar las piezas.
Universidad Autónoma de Occidente: entidad encargada de financiar el
proyecto de investigación.
5.2.2. Requerimiento de cada uno de los clientes 5.2.2.1. Estudiantes. Tabla 1. Requerimiento de los estudiantes
Planteamiento del cliente
Identificación de la necesidad
Equipo automático para ondas
Equipo capaz de generar ondas en una cuerda y manipular variables automáticamente.
Confiable Que dé seguridad al usuario en cuanto a generación
de datos. Interfaz amigable Interfase que hable por si misma.
Precisión de movimientos Que entregue resultados precisos
Robusto Que cumpla con sus funciones sin importar las perturbaciones del medio.
Uso de actuadores eléctricos.
Actuadores eléctricos de fácil manejo.
Conectores Que posea conectores externos.
Poco consumo de energía Uso de actuadores y componentes electrónicos con bajo consumo de energía.
De fácil manejo Permite al usuario el manejo eficiente del equipo.
5.2.2.2. Representantes de manufactura. Tabla 2. requerimientos de los representantes de manufactura
5.2.2.3. Universidad Autónoma de Occidente Tabla 3. requerimiento de la Universidad Autónoma de Occidente
Requerimiento Definición Fácil ensamble
Que las piezas a fabricar no tengan geometrías complejas y sea fácil la manipulación en su espacio definido.
Poco mantenimiento Construcción que permita una fácil mantenimiento,
con un acceso rápido a los componentes. Íntercambiabilidad Poder intercambiar los componentes en caso de
avería.
Piezas comerciales Elementos de fácil adquisición en el mercado o rápida y fácil fabricación.
Requerimiento Definición Económico
Que la construcción del equipo este dentro del rango de presupuesto permisibles de un proyecto de iniciación a la investigación.
Seguro Que su manipulación no implique ningún riego físico
en el usuario. Tiempo de desarrollo. Tiempo máximo de ejecución del proyecto en 3
semestres.
5.2.3. Nivel de importancia de los requerimientos de los clientes
A continuación se califica con una escala personal, la importancia de cada uno de
los requerimientos.
Tabla 4. Calificación de requerimientos
La escala de valoración esta entre 1 a 5, donde 5 es el máximo valor y 1 el
mínimo.
Requerimiento Calificación Generar ondas 5 Confiable 5
Interfaz amigable con el usuario 4 Precisión de movimientos 5 Robusto 4 Uso de actuadores eléctricos. 3 Uso de conectores externos. 3 De fácil manejo 4 Poco consume de energía 3 Fácil ensamble 4 Poco mantenimiento 4
Íntercambiabilidad 4 Piezas comerciales 4 Económico 5 Seguro 5
Tiempo de desarrollo. 5
5.2.4. Requerimientos específicos de ingeniería. El resumen de los
requerimientos anteriores se representa en unas especificaciones de ingeniería,
contenidas en la tabla siguiente.
Tabla 5. Premisas y restricciones del diseño
A continuación se resume toda la información del análisis QFD en la tabla no. 6
anexo.
Requerimiento Definición Espacio de trabajo
El volumen de trabajo del equipo se define en 1700 x 350 x 250 mm.
Rango de frecuencia Rango de frecuencia permisible 8 – 200 Hz.
Rango de desplazamiento Rango de posición permisible 20 – 1250 mm.
Rango de tensión Rango de tensión permisible 5 – 75 g-f.
Precisión Resultados con ±2% de incertidumbre.
Materiales livianos Aluminio y empack n preferiblemente.
Motorreductores eléctricos
±12 Vcd, promedio de 40rpm y 1.5 N-cm. de troqué.
Mantenimiento Mantenimiento programado 1 vez al año.
Consumo de energía Equipo con un consumo menor a 0.15 Kw.
Ensamble Tolerancia de ajuste entre piezas de ±0.1 mm.
Programa Microvision, entorno Windows, lenguaje ensamblador
Elemento de transmisión de datos
Puerto serial, interfase RS232.
5.3. ESPECIFICACIONES DEL DISEÑO Equipo automático para prácticas de ondas estacionarias en una cuerda, genera
vibraciones a través de una actuador, tensiona la cuerda, regula su longitud y
genera una señal acondicionada para un circuito de una lámpara de luz
estroboscopica.
Figura 7. Especificación de los módulos Los materiales utilizados en mayor proporción fueron: aluminio y empack N, ya
que son materiales livianos, blandos, no se oxidan y son comerciales. Los
actuadores son controlados por sistemas PWM (MODULACIÓN DE ANCHO DE
PULSO) Y PID (CONTROL PROPORCIONAL, INTEGRAL, DERIVATIVO). PWM
señal necesaria para alimentar bobina electromagnética y acondicionamiento para
lámpara de luz estroboscopica. y PID en cuanto a Motoreductores. El sistema
)*+, *-./01"2/34)5%$
)*+,6-471)5%$
)*+, 1-8+,"*1*-,48/6+*)5%$
)*+, *- ,+9-761072:/2")5%$ 7/76-)"
/46-81",
intangible se hace por medio de una software interno o embebido (firmware),
esta conformado por rutinas de control, a través de este medio se programan las
rutinas de control para el PWM y PID, que controlan vibración, posición y tensión.
5.3.1. Especificaciones generales. La tabla no. 7 corresponde a las
especificaciones generales desarrolladas en el proyecto, Equipo automático para
práctica de ondas estacionarias en una cuerda.
Tabla 7. Especificaciones preliminares.
Módulos 4 Motoreductor DC. Actuadores Membrana.
Sensor de posición Potenciómetro lineal (Clarostato).
General
Sensor de Tensión Galga extensiométrico. Amplitud máxima de vibración (pistón).
4 mm. Regulable
Desplazamiento máximo del modulo 3.
1000 mm.
Dimensiones de trabajo
Volumen del sistema. 0.15 m3 Tensión de trabajo Tensión máxima en la
cuerda. 75 g-f
Desempeño Precisión ± 2 % Atmel 89c52 (sistema de desarrollo SISDEI).
Controlador (PWM Y PID. Firmware o software embebido).
Microcontrolador
PIC 16f873. Alimentación Línea 115 VAC 60 Hz.
Figura 8. Volumen de Trabajo
El volumen de trabajo del equipo esta definido en 0.15 m3 o 1700 x 350 x 250 mm.
-;%# % < # #< ' % '=> '
6. DESARROLLO CONCEPTUAL
6.1. ANÁLISIS FUNCIONAL DEL PRODUCTO 6.1.1. Identificación de la función general del producto. Equipo
automático para prácticas de ondas estacionarias en una cuerda.
La función general del sistema es generar ondas en una cuerda por medio de un
actuador. Las características físicas de la onda en cuanto a frecuencia, depende
del parámetro que introduzca el usuario. Además proporciona una señal de
control para implementar un circuito para lámpara de luz estroboscopica, controla
longitud de la cuerda y tensión en la misma. Todo esto se hace a través de
sistemas microcontrolados que procesan los datos digitados.
A continuación se representa la función general del equipo en un diagrama de
bloques.
ENTRADA
Onda en cuerda
SALIDA GENERAL
DEL EQUIPO Energía. Electricidad
Señal. Parámetros digitados
Material. Cuerda
Figura 9. Caja negra
6.1.2. Descomposición de la función general en subfunciones Figura 10. Subfunciones de la función general Equipo Automático para práctica
de ondas en cuerdas fijas.
En resumen se tiene que la función general del sistema se divide en subfunciones
como son: Vibración del pistón, activar lámpara, tensión encuerda y Regulación de
longitud, como se ve en la figura anterior. Las entradas generales interactúan con
cada una de estas subfunciones, logrando como resultado las salidas generales o
funciones generales del sistema. La función de mayor importancia es la
representada con línea resaltada “onda en cuerda”. Ésta hace interactuar las
funciones previas como son vibración, tensión y longitud; para lograr el objetivo
final (crear ondas en una cuerda). Es importante mencionar que estas
subfunciones se componen internamente de otras funciones que detallaremos a
continuación.
.? 5#' 5
" $<#
1@%$ $@ % $ %
6'5 $ %
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6.1.2.1. Descomposición de la subfunción “vibración de pistón” Figura 11. Funciones de la subfunción general “Vibración de pistón”. 6.1.2.2. Descomposición de la subfunción “tensión en la cuerda” Figura 12. Funciones de la subfunción “tensión en cuerda”
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C ?$ ) ' '
6.1.2.3. Descomposición de la subfunción “regular longitud en la
cuerda”
Figura 13. Funciones de la subfunción “regular longitud en la cuerda” En resumen, las funciones que participan en cada subfunción general son muy
similares ya que cada modulo o subfunción debe regular el voltaje para distribuir la
tensión adecuada a cada elemento que conforma el módulo. De igual forma debe
acondicionar la señal, señal suministrada por el usuario o por sensores. Es
necesario explicar que la función Manipular variable de control corresponde a la
parte electrónica o intangible (programación) que se encarga en realizar el lazo de
control. La diferencia está en el mecanismo que realiza la acción (sistema físico).
6.2. REFINAMIENTO DE LAS SUBFUNCIONES Debido a que la función principal del equipo es “onda en cuerda”. Se analizó las
subfunciones vibración de pistón, tensión en la cuerda y regular longitud en la
cuerda para determinar los conceptos básicos del equipo automático para
prácticas de ondas estacionarias en una cuerda.
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7B $: < '@ '
" 'B $
" $ >
) #%$ ?$ $
C ?$ ' #' #'5
Tabla 8. Conceptos básicos del equipo
Subfunciones para la función general “Onda en cuerda”
Conceptos
Acondicionar señal Tarjeta electrónica Acondicionar voltaje Tarjeta electrónica Manipular variable de control
• Tarjeta electrónica microcontrolada.
Vibración de pistón
Habilitar mecanismo de frecuencia
• Pistón neumático de efecto simple.
• Motor con polea excéntrica y pistón.
• Membrana electromagnética Acondicionar señal Tarjeta electrónica Acondicionar voltaje Tarjeta electrónica Manipular variable de control.
• Tarjeta electrónica microcontrolada.
Tensión en la cuerda
Habilitar mecanismo de tensión.
• Mecanismo conformado por un motor, galga y poleas.
• Mecanismo conformado por un motor, resistencia vertical, poleas y resorte.
Acondicionar señal Tarjeta electrónica Acondicionar voltaje Tarjeta electrónica Manipular variable de control
• Tarjeta electrónica microcontrolada.
Regular longitud En la cuerda
Habilitar mecanismo de posicionamiento.
• Mecanismo conformado por un motor, piñón para correa dentada y clarostato.
• Mecanismo integral conformado por motores, piñones, clarostato y poleas.
Es necesario mencionar que las funciones que se realizan con tarjetas
electrónicas no se les hacen el mismo tratamiento que aquellas funciones
especiales, funciones que implican, análisis en la estructura, geometría, desarrollo
de piezas mecánicas y ubicación de elementos eléctricos. Por esta razón tratamos
solo los mecanismos (Conceptos mecánicos) que hacen parte de las subfusiones
generales.
Es importante indicar que una de las funciones más complejas en el desarrollo del
equipo es el mecanismo de tensión y posicionamiento, de hecho estas
subfunciones se encuentran ligadas físicamente, ya que la cuerda se debe tensar
y a su vez debe regular longitud. A continuación se muestra los conceptos mas
viables que surgieron con el afán de encontrar una solución al problema.
6.2.1. Conceptos seleccionados 6.2.1.1. Función de la Subfunción: habilitar mecanismo de frecuencia Figura 14. Pistón neumático de efecto simple
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Aire. Recorrido de pistón: Varios. Mínimo recorrido 25 mm. Dimensión: Varias.
El pistón se alimenta con aire, eso implica que se debe incorporar otra fuente de alimentación. Además por ser de efecto simple recupera su posición a través de un resorte esto implica que al tiempo pierda elasticidad por lo tanto pierda amplitud.
Figura 15. Motor con polea excéntrica y pistón
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Recorrido de pistón: Varios, regulable. Dimensión: Varias.
El sistema por tener como actuador un motor se alimenta con energía eléctrica. Además por estar conformado con piezas mecánicas y trabajando bajo fricción sufren desgaste rápidamente, esto implica trabajo de mantenimiento permanente o casi continuo.
Figura 16. Membrana electromagnética
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Recorrido de pistón: Varia con la intensidad, generalmente realiza recorrido pequeños. Dimensión: 200 mm. x 150 mm.
El elemento por ser una membrana electromagnética se alimenta con energía eléctrica y No requiere mantenimiento.
CONCEPTO SELECCIONADO
6.2.1.2. Función de la Subfunción: habilitar mecanismo de tensión Figura 17. Mecanismo conformado por un motor, galga y poleas (M. de
Tensión).
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Numero de elementos: 6 elementos, 1 motor, 4 poleas y 1 galga. Dimensión: Variables. Se acoplan al diseño
El sistema por estar conformado con un motor y una galga se alimenta con energía eléctrica. El juego de poleas permiten transmitir la misma tensión a través de toda la cuerda, tensión proporcionada por el motor y la polea mayor que enrolla la cuerda, cada vez que el motor tensiona la cuerda la galga se flexiona enviando una señal resistiva equivalente a la tensión suministrada por el motor.
CONCEPTO SELECCIONADO Figura 18. Mecanismo conformado por un motor, clarostato, polea y resorte
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Numero de elementos: 6 elementos, 1 motor, 3 poleas y 1 resistencia vertical, 1 resorte Dimensión: Variables. Se acoplan al diseño
El sistema por tener un motor hace que se alimente con energía eléctrica, posee poleas que permite reflejar la tensión de la cuerda uniformemente, tiene un resorte y en él un indicador que se contacta directamente con la resistencia. Cuando se tensiona la cuerda se deforma el resorte y el indicador varia la resistencia proporcional a F = K . X. Del resorte. Teniendo X fácilmente se puede hallar F, que corresponde al tensión en la cuerda.
6.2.1.3. Función de la Subfunción: habilitar mecanismo de posicionamiento
Figura 19. Mecanismo conformado por un motor, piñón para correa dentada
y clarostato (Mecanismo de Posicionamiento Independiente).
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Numero de elementos: 3 elementos, 1 motor, piñón para correa dentada y 1 clarostato. Dimensión: Variables. Se acoplan al diseño
El sistema lo conforma un motor, eso implica que se alimente con energía eléctrica. Al usar una correa dentada elimina en gran medida el ruido y mantenimiento. El mecanismo está ligado al sistema de tensión esto quiere decir que la correa mueve el módulo de tensión mientas éste permanece fijo .
CONCEPTO SELECCIONADO Figura 20. Mecanismo integral conformado por un motor, piñones,
clarostato, poleas y galga
CONCEPTO CARACTERÍSTICAS Fuente de alimentación: Energía eléctrica. Numero de elementos: 8 elementos, 2 motores, 3 poleas, 1 clarostato y 2 piñones. Dimensión: Variables. Se acoplan al diseño
El sistema por componerse de dos motores, hace que se alimente con energía eléctrica. Como sistema integral los dos piñones sincronizan el desplazamiento y recogimiento de la cuerda que a través de un motor y un brazo generan tensión en ésta. Los piñones tienen las mismas características, el piñón inductor engrana con la cremallera y con el piñón superior. El sistema requiere mucha precisión y mantenimiento continuo.
6.2.1.4. El concepto seleccionado
CONCEPTO: Equipo para ondas, con membrana, mecanismo de tensión y
posicionamiento independiente.
• Membrana como dispositivo de vibración.
Membrana electromagnética: El funcionamiento de este elemento, consiste en
inducir con corriente eléctrica a una pequeña bobina interna. Esta corriente
cambia la dirección de la fuerza magnética del imán permanente a trayendo
consigo el pistón. Éste retorna a su posición inicial gracias a la fuerza de
recuperación de la membrana que funciona como resorte. Esto hace que el
pistón retorne a su posición inicial creando el efecto de vibración. Es un
elemento que no necesita mantenimiento, ya las piezas entre si no producen
desgaste.
• Mecanismo de tensión con motor galga y poleas.
Funciona como módulo independiente compuesto por pocos elementos. En su
funcionamiento participan: un motor DC con reductor, una galga (sensor) y tres
poleas. Cada una tiene una función específica que se coordinan entre si para
formar un todo que corresponde al sistema tensor. Teniendo en cuenta que la
cuerda esta sujeta a un extremo, trabajamos en el extremo flotante para
generar tensión en ésta. La tensión se crea a través de la acción de un motor
que enrolla la cuerda por medio de una polea, cuando se tensa la cuerda la
galga se flexiona enviando una señal al control que indica la cantidad de fuerza
aplicada en la cuerda. El sistema es liviano de hecho lo componen pequeñas
piezas fabricadas en aluminio, el mantenimiento es considerablemente bajo, ya
que las piezas permanecen la mayor parte del tiempo en reposo además los
esfuerzos que soportan no son grandes ni permanentes.
• Mecanismo de posicionamiento con motor, piñón para correa dentada y
clarostato.
En su funcionamiento participan: un motor DC con reductor, un piñón para
correa dentada y un clarostato (sensor). Su funcionamiento consiste en
transmitir movimiento a la correa dentada, ya que ésta se conecta al módulo
de tensión (Caja móvil) donde se encuentra el extremo flotante de la cuerda. El
clarostato se encuentra alineado con el eje del motor y estoa a su vez
conectado con el piñón, éste es quien envía la señal resistiva al control. Señal
equivalente a la posición del módulo.
El sistema por tener pocos elementos lo hace, menos complejo y fácil de
mantener. El hecho de usar correa dentada implica menor costo, disminuye el
ruido y mantenimiento.
6.2.2. Evaluación del concepto
CONCEPTO: Equipo para ondas, con membrana, mecanismo de tensión y
posicionamiento independiente.
VIABILIDAD: Este concepto es viable desde el punto de vista de ingeniería y
desarrollo tecnológico, pues los elementos mecánicos necesarios son de fácil
fabricación y la manufactura necesaria es simple.
POCO MATENIMIENTO: El concepto al estar conformado por módulos
independientes y al tener elementos que no están sometidos a fricción se
disminuye en gran medida el desgaste en los materiales que lo componen.
Debido a que las piezas son construidas en empack y aluminio se elimina el
riego de cambios fisicoquímicos (oxidación). Como los módulos tienen un
número de piezas considerablemente bajo, hace que el escaso
mantenimiento sea, fácil y rápido.
FÁCIL ENSAMBLE: Como los módulos se componen de pocas piezas y estas
a su vez se encuentran separadas una distancia considerable, se hace fácil
manipularla para ubicar, por lo tanto facilita el ensamble.
6.2.3. Descripción del concepto desarrollado
El concepto desarrollado fue: Equipo para ondas, con membrana, mecanismo
de tensión y posicionamiento independiente.
Éste es un concepto unificado que consta de los siguientes elementos:
• Motorreductores eléctricos (DC) para módulo de posicionamiento y tensión.
• Clarostatos para sensar longitud en la cuerda.
• Galga para sensar tensión en la cuerda.
• Aluminio y empack como material principal para la construcción del sistema.
• Ejes y algunas láminas en acero.
• Transmisión por piñón y correa dentada.
• Poleas sin fricción para direccionar cuerda y distribuir tensión.
Las especificaciones de diseño mencionadas anteriormente (dimensiones y
materiales) se mantuvieron intactas para el desarrollo del equipo.
Equipo para ondas, con membrana, mecanismo de tensión y posicionamiento
independiente.
Figura 21. Módulo con actuador membrana electromagnética
Figura 22. Módulo con mecanismo de posicionamiento independiente Figura. 23. Módulo con mecanismo de tensión independiente
6.3. CALCULOS DE INGENIERIA 6.3.1. Calculo para análisis de curvatura en barras o ejes guías
D. C. L.
,+,$+#3
*$(.#'$'%2(,($&%.,+#($))%+$#&#'$/&+($&$$(&
""(!
""(%$$#$$+)$#
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""(""
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)(%%),#-+#%)%+)((+'$&-$#+"
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""(!(3
3$*$(.#'$#*,+(%#'$(/$#($))%+$#)&)*&,+#
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=+−=+−++
+=+=
=+−=
=+−+=
101"
D
D
Figura 24. Esquema del dispositivo
Al observar el diagrama de momentos podemos ver claramente donde ocurre el
mayor esfuerzo de flexión en el eje guía. Considerando algunas características
físico-mecánicas que posee los aceros, seleccionamos el módulo de young o
módulo de elasticidad que tiene el material a analizar, en este caso acero 1020
(Acero al carbono con 0.2% de carbono). Debido a que el eje se encuentra
sometido a flexión es conveniente conocer cuanto es el radio de curvatura que se
produce con dichas cargas.
Módulo de elasticidad (Acero 1020). 200 Gpa.
Procedemos a calcular radio de curvatura en el eje, para ello es necesario tener
presente el momento de inercia de la barra.
D
D
1" 10
E
F F
) G
Figura 25. Diagrama de fuerzas y momentos
Calculo del momento de inercia:
'''+'$'
% == π
Calculo del radio de curvatura.
%$()%'$,+,$+%
,+,$+,
)*$(/*('$('%+'+'$$%
,
==
== ρρ
,
'2-
,
'2-
,
$%
ππ
ρ =
LONGITUD DE LA BARRA: 1.233 m.
DIÁMETRO DE LA BARRA: 0.009525 m.
PESO DEL MÓDULO (W1): 8 N (considerando aceleración de gravedad
tener en cuenta que una barra soporta la mitad del peso W1)
PESO DE LA BARRA (W2): 6.831 N (considerando aceleración de gravedad
)
Momento = 3.34 N-m.
Inercia = −
Radio de curvatura = 24m.
6.3.2. Calculo para diámetro de eje
tensor. Se analiza las fuerzas que actúan
en el cuerpo.
Las fuerzas ilustradas en el esquema
representan el contacto de la correa
dentada en dicha polea.
Al desplazar la fuerzas al centro del eje,
estas deben estar acompañadas por un
momento, momento que genera
tendencia a que la polea rote, sin
embargo el momento que genera la otra
fuerza paralela hace que se contrarreste o
anulen los momentos de rotación (ver
figura 26 ).
Una ves hecho el diagrama de cuerpo libre, nos disponemos a analizar una de las
caras sometidas a el esfuerzo cortante producido por la fuerza media de uno de los
extremos.
Es importante mencionar que el limite de fluencia o Sy de dicho materia corresponde
a: 6.452 KN / pul2. que se somete a una fuerza F de 4 Kilos que equivale a 40 N
aproximadamente.
Figura 26. D.C.L.
'
H
'%#
(
(
==
====
=≤≤=
=
πτ
πττ
πτ
πτ
πτ
6.3.3. Calculo de abolladura en polea de empack .
Formulación.
Figura 27. Diagrama de fuerzas
Como podemos observar en los esquemas anteriores, la fuerza que genera la
correa dentada, representada por las fuerzas paralelas de la primera figura, crean
una fuerza que afecta al eje y de igual forma afecta a la polea. Por este motivo
analizaremos el esfuerzo que la polea debe soportar en su interior y corroborar
que la fuerza aplicada no deforma el material deteriorando su rendimiento.
Figura 28. Área reflejada
=
==σ
I =$>
?
Sobre esa área analizaremos el esfuerzo normal producto de la fuerza aplicada
por la correa dentada y compararemos con el limite de fluencia o σ admisible
que posee por naturaleza el material (Empack).
Formulación
(
(
(
5
6 5
,- ,-
,-
5
5
65
=≤=
======
===
==
===
−
σσ
σ
6.3.4. Calculo para puente resistivo (Sistema para medir tensión con galgas)
( )(
(((
((((
(((($/
++−=
Como se puede observar la variación de Vm con respecto a cambios en la
resistencia del transductor es no lineal.
Cuando el sistema está en reposo R1 = R2 = R3 = R4 = Ro y / =
Si se produce algún cambio en el proceso, se genera un Vm ocasionado por un
cambio en la resistencia de los transductores R1 = Rco + ∆R1,R2 = Rco + ∆R2,R3 =
Rco + ∆R3, R4 = Rco + ∆R4, por lo tanto.
( )
[ ]/$ ( ( ( ( ( ( ( (
( ( ( ( ( ( ( (=
+ + − + +
+ + + + + +
( ( (
(
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
( )
[ ]/$ ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( ( (
( ( ( ( ( (=
+ + + − − + −
+ + + +
( ( (
(
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
[ ]###(
$/ ∆−∆+∆=
( )/
$ ( ( ( ( ( ( ( (
( ( ( (=
+ − −+ +
( ( ( ( (
(
Figura 29. Puente Wishton
Como los cambios en la resistencia de los transductores son muy pequeños, se
puede considerar que ∆R*∆R = 0.
[ ][ ][ ]/$ ( ( ( ( (
( ( ( ( ( ( ( ( ( (=
+ − +
+ + + + + + +
( (
( (
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆
Como se puede observar en la ecuación, se introduce un término cuadrático en el
denominador.
6.3.4.1. Compensación de factores externos
Sabemos que el voltaje de salida del circuito puente cuando se utiliza una fuente
de voltaje es:
[ ][ ][ ]/$ ( ( ( ( (
( ( ( ( ( ( ( ( ( (=
+ − +
+ + + + + + +
( (
( (
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆
Como ∆R*∆R = 0. Por ser valores muy pequeños con respecto a su valor inicial.
[ ][ ]/
$ ( ( ( ( (
( ( ( ( ( (=
+ − +
+ + + +
( (
(
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
[ ]( )/
$ ( ( ( (
( ( ( ( (=
+ − +
+ + + +
(
(
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
[ ] ( )/$
( ( ( ( (
( ( ( (
(
= + − +
++ + +
∆ ∆ ∆ ∆∆ ∆ ∆ ∆
Como
+= − + − + <<
# y
∆ ∆ ∆ ∆( ( ( (
(
+ + +<<
++ + + = −
+ + ++
+ + +
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆ ∆( ( ( (
(
( ( ( (
(
( ( ( (
(
[ ] ( )/
$
( ( ( ( (
( ( ( (
( = + − + −
+ + +
∆ ∆ ∆ ∆
∆ ∆ ∆ ∆
[ ] ( )/
$
( ( ( ( (
( ( ( (
( = + − + −
+ + +
∆ ∆ ∆ ∆∆ ∆ ∆ ∆
[ ]/$
( ( ( ( (= + − +
∆ ∆ ∆ ∆
Como las variaciones de resistencia (∆R) dependen de cambios en el proceso o
de cambio en las magnitudes de influencia, la ecuación anterior se hace
importante. Si se colocan dos elementos que cambien con el proceso y los otros
dos con factores externos, se puede lograr compensar estas magnitudes de
influencia.
Cuando ocurre una variación en la magnitud de influencia y en el proceso, la
resistencia de los transductores se representa así:
R1 = Rco + ∆R1
R2 = Rco + ∆R2
R3 = Rco + ∆R3
R4 = Rco + ∆R4
y : ∆R1 = Sg∆g + Sm∆m
∆R2 = Sg∆g + Sm∆m ∆R3 = Sg∆g + Sm∆m
∆R4 = Sg∆g + Sm∆m
donde
Sg = Sensibilidad a magnitudes de influencia (Temperatura). ∆g = Cambio en la magnitud de influencia (Delta de Temperatura) Sm = Sensibilidad a variaciones del proceso (Tensión). ∆m = Cambio del proceso (Delta de tensión)
[ ]#(
$/ ∆=
: teniendo en cuenta los valores reales del sistema entonces:
R4: Corresponde a Galga 1 (valor 120 ohmios), R3: Galga 2, R1 y R2: resistencias
de precisión (120ohmios), el valor de voltaje ES (1.2 V, esto con el fin de reducir
temperatura interna en la galga). Este cálculo fue necesario para sensar
variaciones de tensión en la cuerda, cuyas variaciones son captadas por galgas
extensometricas. Debido a factores externos como la temperatura que perjudican
la medición en este tipo de dispositivos (sensores) es fundamental usar dos de
ellos, uno con el fin de sensar la variable de interés (tensión en cuerda) y el otro
con el propósito especial de captar la temperatura que afecta la medición del
primer dispositivo y anularla, así es que obtenemos una medición libre de
perturbaciones externas y según la ubicación del segundo dispositivo podemos
obtener mayor sensibilidad en el proceso.
R1 = Rco + ∆R1
R2 = Rco + ∆R2 R3 = R4 = Rco
y :
∆R1 = Sg∆g - Sm∆m ∆R2 = Sg∆g + Sm∆m
[ ]/$
( ( ( ( (= + − +
∆ ∆ ∆ ∆
[ ]
[ ]
[ ]
[ ]#(
$/
##(
$/
####(
$/
####(
$/
∆=
∆+∆=
∆+∆−∆+∆=
∆−∆−∆+∆=
Figura 29. Puente Wishton
7. DISEÑO A NIVEL DE SISTEMAS
7.1. ARQUITECTURA DE PRODUCTOS
La arquitectura de un producto se refiere al arreglo de elementos funcionales en
conjuntos físicos (chuncks) que constituirán los ladrillos del producto.
7.1.1. Arquitectura del sistema Tabla 9. Relaciones entre los distintos elementos que componen el equipo.
ELEMENTOS FÍSICOS ELEMENTOS FUNCIONALES
Fuente Sensores Tarjetas de conversión D-A Actuadores (Motores y membrana) Lámpara Caja no. 1 Caja no. 2 Caja no. 3 Teclado Pantalla LCD Tarjeta de distrib. Microcontroladores
Alimentar los circuitos Ingreso de información para control Traducir datos digitales a análogos Generar movimiento Flash luz estroboscopica Protección elementos de control Protección elementos de sistema móvil Protección elementos de sistema motriz Ingreso de parámetros Observación de información Distribución de direcciones y bus de datos Procesar información Regular longitud de la cuerda Regular tensión Regular frecuencia
7.1.2. Descomposición + interacciones Fundamentales Figura 30. Descomposición de los sistemas principales e interacciones con otros
elementos del sistema general.
-;%# % <
7' < 7' $ 5
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2% <$@ 2% @ $ 6 ''5
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7.1.3. Estableciendo arquitectura. El esquema representa la identificación
de los elementos del dispositivo, por ejemplo, elementos funcionales requeridos
como, microcontroladores, teclado, LCD, etc. Este diagrama no contiene
información detallada pero si información esencial para el funcionamiento del
dispositivo.
Figura 31. Esquema del dispositivo (caja de control).
Figura 32. Esquema del dispositivo (caja motriz).
Cubierta del Dispositivo
Soporte Estructural
Línea de energía
Micro controlador
1 Pantalla
LCD
Fuente de alimentación
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos
Lámpara
Membrana
$
Cubierta del Dispositivo
Soporte Estructural
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos
Motoreductor
) $
Clarostato
Tarjeta de conversión D-A
Tajeta de distribución
Figura 33. Esquema del dispositivo (caja móvil).
Se definen dos tipos de flujos:
• Flujo de fuerza o energía.
• Flujo de señales o datos.
Los anteriores flujos representan en el diagrama una acción que interactúa con
cada uno de los elementos del conjunto, ya sea una acción de entrada o una
acción de salida como resultado del bloque. Se define dos tipos de flujos uno de
ellos compuesto por dos subtipo como son: energía y fuerza. Cada uno de estos
proporcionan energía ya sea energía eléctrica, resistencia a esfuerzos e impactos
o producción de movimiento. Por ultimo se tiene el flujo de señales o datos
compuestos por señales tratadas o procesadas normalmente estas transmiten
señales de control.
Cubierta del Dispositivo
Soporte Estructural
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos
Motoreductor
Cuerda
Galga
7.1.3.1. Caja de control. Cubierta del dispositivo.
Éste genera un flujo de fuerza, ya que como elemento de recubrimiento estará
sometida a impactos (golpes) y movimiento constante.
- Soporte estructural.
Está entre el flujo de fuerza, ya que como esqueleto del dispositivo debe
soportar esfuerzos, soportar las vibraciones que produce la bobina y
perturbaciones externas.
- Línea de energía
Esta genera flujo de energía más que fuerza ya que es el abastecimiento de
energía para la fuente de alimentación.
- Fuente de alimentación.
Esta se abastece de la línea de energía para genera flujo de voltajes
regulados necesarios para alimentar las tarjetas electrónicas. (Toma la
tensión de la línea, baja el voltaje y los distribuye).
- Microcontrolador no. 1(SISDEI).
Elemento de procesamiento de datos. Se abastece y abastece al equipo de
señales.
- Teclado.
Éste es el puente de transmisión de datos entre el usuario y el µcontrolador.
- Tarjeta conversora.
Ésta toma la señal digital proveniente del µcontrolador y la convierte en
señal análoga.
- Tarjeta de distribución.
Ésta maneja señales y datos. Su labor es la de distribuir el bus de datos y
direcciones para el manejo de los periféricos de entrada y salida.
- Lámpara.
Ésta es una cubierta que suministra protección en cuanto a esfuerzos e
impactos a la bombilla.
- Pantalla LCD.
Ésta toma los datos que suministra el µcontrolador y los visualiza.
- Membrana.
Ésta toma la señal del µcontrolador y la convierte en señales físicas de
vibración.
7.1.3.2. Caja motriz. Cubierta del dispositivo.
Este genera un flujo de fuerza, ya que como elemento de recubrimiento
estará sometida a impactos (golpes) y movimiento constante
- Soporte estructural.
Esta entre el flujo de fuerza, ya que como esqueleto del dispositivo debe
soportar esfuerzos al insertar elementos, soportar las vibraciones que
produce la bobina y perturbaciones externas.
- Motoreductor.
Se abastece de la energía que suministra la etapa de potencia, genera
fuerza y energía cinética rotacional.
- Microcontrolador no. 2 (PIC).
Este toma los datos procesados, genera un lazo de control cerrado
internamente y envía una señal ya controlada de tensión y desplazamiento
a cada uno de los actuadores.
-Clarostato.
En este caso se alimenta de la energía cinética rotacional que proporciona
el motor-reducto y la convierte en señal resistiva.
7.1.3.3. Caja móvil. Cubierta del dispositivo.
Este genera un flujo de fuerza, ya que como elemento de recubrimiento
estará sometida a impactos (golpes) y movimiento constante
- Soporte estructural.
Esta entre el flujo de fuerza, ya que como esqueleto del dispositivo debe
soportar esfuerzos al insertar elementos, soportar las vibraciones que
produce la bobina y perturbaciones externas.
- Motoreductor.
Se abastece de la energía que suministra la etapa de potencia, genera
fuerza y energía cinética rotacional, que en conjunto con una polea genera
troqué.
- Galga.
Suministra una señal resistiva a través de la acción de una fuerza que lo
deforma.
- Cuerda.
Elemento físico de salida que se abastece de la fuerza que es
proporcionada por el motoreductor para generar tensión en ésta.
7.1.4. Arquitectura del sistema electrónico. Para el diseño de sistemas
electrónicos hay que tener en cuenta algunas características fundamentales.
REQUISITOS: Los componentes que se emplearon para el desarrollo del sistema
mecátronico son: microcontrolador, DAC, etapa de potencia, LCD, teclado,
sensores (Galgas y Clarostato) y microcontroladores (89C52 y PIC 16F8..).
ESPECIFICACIONES: se usa un microcontrolador cuya referencia es: 89c52,
tiene la capacidad para trabajar con 8 periféricos, gracias a un puerto de
direccionamiento de 8 bits u 8 pines físicos, posee 8 Kb. De memoria ROM, 256
de memoria RAM, posee 3 timer de 16 bits cada uno, posee un puerto de estrada
y salida de datos directamente, se programa a través de un software llamado
microvision y el lenguaje de programación es el lenguaje de maquina, el sistema
de desarrollo se denomina con el nombre de SISDEI. Esta tarjeta fue diseñada por
el profesor HENRY CABRA TAMAYO. La SISDEI es el sistema encargado de
procesar información que viene del exterior (por medio del teclado) y administra
los periféricos para salida de señales.
Tarjeta conversora. Esta posee un registro (74HC573) que es el encargado de
almacenar el valor que viene del bus de datos y esperar la señal de salida (uno
lógico) para enviar éste, al conversor D-A (0808) que convierte la señal digital en
análoga.
La fuente DC por otra parte toma la tensión de la línea (120 VAC) y a través de un
transformador en conjunto con otros dispositivos electrónicos la convierte en
señales directas de bajo voltaje.
Etapa de potencia. Esta suministra potencia a las señales de control que necesitan
hacer funcionar dispositivos de alto consumo, tal es el caso de la bobina. Debido a
esto se usa transistores de potencia o mosfet (en los anexos se pueden ver
claramente el diagrama de bloques de cada uno de los circuitos que participaron
en el desarrollo del equipo, de igual forma que los diagramas de flujo de las rutinas
más importantes).
8. DISTRIBUCION GEOMÉTRICA DE COMPONETES
Figura 34. Distribucion Geometrica Caja de control
-761+26+1"*-,*/7:7/6/.
"26+"*1)-)01"4"
/46-1E"9*-+7+"1/
:12-7")/-46,38/2
7+)/4/761 *- -4-18L":6-42/"
,I):"1",+9-761072:/2"
Figura 35. Vista lateral de la caja de control
Figura. 36. Caja motriz
Aquí se representa la vista lateral de la caja no. 1, cuyo contenido se denota
por: suministro de potencia (transformador, puente rectificador y reguladores
de voltaje), procesamiento lógico (microcontrolador 1 SISDEI y conversores),
actuador membrana, interfase de usuario (LCD y teclado), lámpara luz
estroboscopica (sistema articular) y carcasa (protege todo lo anterior).
Este bosquejo representa un conjunto importante a nivel general. Lo
comprende sensores (clarostato), actuadores (motorreductor) y mecanismos
(piñón y correa dentada), además de otro procesamiento lógico conformado
por el microcontrolador 2, encargado de controlar, tensión y desplazamiento.
Figura 37. Caja Movil
A través de la distribucion geometrica se logra comprender la interaccion y
ubicación de cada uno de los modulos, como la administracion de espacio y
recursos.
Es importante observar la geometría de la estructura, ya que no es de forma
rectangular como lo es la del dispositivo referencia, esta se diseña tomando en
cuenta la ubicación del usuario y el tipo de dispositivo que se emplea para la
interfaz que interacciona con él, con este objetivo se diseña la estructura con un
Angulo de inclinación que mejora la interacción visual del usuario con la pantalla
(LCD) y permite digitar cómodamente los parámetros al interactuar con el teclado.
Este esquema representa la caja móvil y esta comprendida por sensores
(Galgas), actuadores (motorreductor) y mecanismos (poleas y ejes), a demás
esta sujeto a una correa dentada que le da la capacidad de desplazamiento.
Observando en detalle los elementos que conforman la caja no. 1(caja de control)
y partiendo básicamente de una vista que no se muestra como lo es la vista
frontal, se logra sustentar la buena distribución de los dispositivos que ahí residen,
tales subconjuntos en la interfaz de usuario se denominan (LCD, teclado y switch
off / on).
Como se representa en el bosquejo o esquema anterior, el posicionamiento del
actuador (membrana), se ubica preferiblemente en la mitad de la caja con el fin de
logra simetría en el sistema, considerar la estética, conservar el centro de masa,
equilibrio y estabilidad general en la caja de control (caja no. 1).
La ubicación del procesamiento lógico conformado por el microcontrolador 1 (caja
no. 1), se hace en la base interna de la coraza, teniendo en cuenta sus
características en cuanto a dimensión y delicadeza, con el fin de lograr mayor
sujeción y estabilidad en su área de contacto.
La ubicación del procesamiento lógico conformado por el microcontrolador 2 (caja
no. 2), se hace en la parte posterior vertical, considerando las características
geométricas del mecanismo como se ilustra en el esquema anterior.
8.1. INTERACCIONES FUNDAMENTALES E INCIDENTALES Permiten identificar cual es la mejor forma de coordinar las actividades realizadas
por cada conjunto, las interacciones fundamentales son aquellas que han sido
“planeadas” o diseñadas para que ocurran, por ejemplo el espigo o pistón es
movido por la membrana para producir ondas en la cuerda. El otro tipo de
interacción son las incidentales, estas son las que se producen por la intromisión
de algunas variables físicas no deseadas en los elementos, por ejemplo, la
interferencia que podría causar el campo magnético uniforme de la bobina en
algunas de las señales procesadas que viajan por los cables planos que
administran el bus de datos del microcontrolador 1 ( A continuación se muestran
los gráficos que hacen referencia a lo mencionado anteriormente. Ver Figuras).
Figura 38. Interacciones fundamentales e incidentales (caja de procesamiento de datos).
"26+"*1)-)01"4"
Interferencia magnética.
Alimentación y potencia de los componentes
/ = #? '< '# %? 5
:12-7")/-46 ,38/2)/212461,"*1
7+)/4/761 *--4-18/":6-42/"
/46-1E"9 *-+7+"1/
Protección de subsistemas funcionales
-761+26+1"*-, */7:7/6/.2"12"7"
Señal de control para vibración de membrana
,"):"1" ,+9-761072:/2"
Señal de control para flash de luz
Generación de corrientes parásitas, interferencia en procesamiento de datos
Interacciones incidentales Interacciones fundamentales
Envió de datos y señales
Figura 39. Interacciones fundamentales e incidentales (caja de control).
:12-7")/-46,38/2)/212461,"*1
"26+"*1)61J1-*+261
-761+26+1"*-, */7:7/6/.2"12"7"
7-4712,"176"6
Ubicación, protección y movilidad
Ubicación y protección
Acción de lazo de control Señal de control para
acción, movimiento o tensión
Acción y reacción de lazo de control
Perturbaciones físicas, interferencia en datos
Interacciones incidentales Interacciones fundamentales
Figura 40. Interacciones fundamentales e incidentales (caja Móvil).
"26+"*1)61J1-*+261
-761+26+1"*-, */7:7/6/.2"12"7"
7-471-78",8"7-&6-47/)-61/2"7
Ubicación, protección
Ubicación y protección
Acción de lazo de control
Interacciones incidentales Interacciones fundamentales
El dato que este Sensor le suministra al microcontrolador 2, puede verse expuesto a interferencia, ya que la información que este suministra, se hace a través de deformaciones en un material, producidas por la cuerda.
• Como interacciones fundamentales en la caja de procesamiento de
datos (caja no. 1) se destacan: las señales de control que generan
movimiento o flash de luz, el suministro de energía, ya que es vital para
el funcionamiento global del sistema; y protección estructural, ya que
brinda seguridad para sus componentes.
• Como interacciones incidentales se destacan: la interferencia magnética
producida por el campo magnético constante y uniforme del imán
permanente en la bobina, asía los cables planos que forman parte del
sistema de control, creando posibles corrientes parásitas en los
conductores. Corrientes parásitas producidas por la descarga de voltaje
del gas xenón interno en la lámpara, creando posibles interferencias en
el procesamiento lógico; e interferencias mecánicas producidas por la
vibración del actuador.
• Como interacciones fundamentales en la caja de control (caja no. 2) se
destaca todo en cuanto al lazo cerrado de control, para tensión como
desplazamiento, estas interacciones son: microcontrolador 2 con
sensores, este ultimo funciona como reactor de acciones físicas, ya que
ante la acción de los actuadores o motores envían una señal al
comparador crean un error que es procesado por el microcontrolador 2,
a su vez éste envía una señal de control a los motores para que actúen
(generando movimiento).
• Como interacciones incidentales en la caja de control (caja no. 2) se
tiene, las perturbaciones físicas en los sensores ya sea por acción
mecánica o termodinámicas.
• Como interacciones fundamentales en la caja móvil (caja no. 3) se
destacan todas las líneas, ya que la estructura del dispositivo, brinda
protección y soportes para los demás elementos (sensores y actuadores)
que en esta se alojan; por otra parte no existe señal de control si no hay
una estrecha relación entre el sensor y el actuador, de hecho estos forman
parte fundamental para el lazo cerrado de control.
• Como interacciones incidentales en la caja móvil (caja no. 3) no se destaca
ninguna, de hecho el único parámetro de influencia externo que podo haber
afectar de alguna forma la señal de control producida por el sensor y el
actuador (motor) era la temperatura, sin embargo esta se elimina con la
superposición de otro sensor de iguales características (Galga
Extensometrica) ubicado en la cara posterior del material (trabajando
opuestamente al sensor superior), éste se encarga de contrarrestar el
efecto de la temperatura y aumenta la sensibilidad en la variable de
proceso.
8.2. BLOQUES FUNCIONALES (CHUNCKS)
A continuación se representa los subconjuntos que hacen parte del sistema en
módulos funcionales.
Figura 41. De grupos de elementos a conjuntos (caja de procasamiento de datos)
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos
Cubierta Del
Dispositivo
Soporte Estructural
Línea de energía
Micro Controlador
1
Fuente de alimentación
Pantalla LCD
Membrana
Tarjeta de distribución
Interfaz de usuario Procesamiento Lógico Estructura del dispositivo
Membrana Alimentación de Energía
$ Lámpara
Tarjeta conversora
Figura 42. De grupos de elementos a conjuntos (caja de control)
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos
Cubierta Del
Dispositivo
Soporte Estructural
Motoreductor
Procesamiento Lógico Estructura del dispositivo
Clarostato Motorreductor
Micro Controlador
2 Clarostato
Figura 43. De grupos de elementos a conjuntos (caja movil).
Flujo de fuerzas o energía Flujo de señales o datos Cubierta
Del Dispositivo
Soporte Estructural
Motoreductor
Estructura del dispositivo Galga
Motorreductor
Galga
Cuerda
Cuerda
Aquí se expone las características fundamentales del bloque con dicha organización.
- Bloque de cubierta del dispositivo y soporte estructural (Flujo de Fuerza).
Éste forma parte de la carcasa, la función que desempeñan es proteger y soportar
los elementos que hacen parte del dispositivo.
- Bloque de procesamiento de datos, conversión y distribución (Flujo de Señales).
Este conjunto forma parte del suministro de información que ocurren en el exterior
del dispositivo a través del teclado que en el medio físico donde el usuario se
apoya para introducir la información, luego esta pasa al microcontrolador 1 que la
toma a través de sus registros, luego la acondiciona y las envía a los demás
subsistemas correspondientes.
- Línea de energía y fuente de alimentación (Línea de Fuerza o Energía).
Son considerados un conjunto de potencia o banco de energía, a pesar que uno
depende del otro, estos suministran energía a todos los demás elementos del
sistema.
- actuadores y sensores (Flujo de Señales y Flujo de Fuerza).
Se trata de un bloque de acción y reacción, que a pesar del trabajo independiente
de cada uno, se logra obtener resultados visibles, como fuerza y movimiento.
- Bloque pantalla LCD (Flujo de Señales).
Es independiente, por razones de daños o rotura, en este caso el sistema expresa
flexibilidad al permitir interactuar con un dispositivo de otros fabricantes.
- Bloque teclado (Flujo de Señales).
Similar al LCD o visualizador, es independiente por razones de daños (teclas
dañadas). Por ser un dispositivo independiente permite interactuar con otros
teclados de diferentes fabricantes, a demás en conjunto con el bloque pantalla
LCD forman lo que llamamos interfase de usuario.
- Bloque lámpara (Flujo de Señales y Flujo de Fuerza ).
A pesar que se define como una carcasa de protección para la bombilla, es
necesario mencionar que ésta al estar en su interior se le debe introducir una
señal de control para que la bombilla flashee
Decisiones Con base a los conjuntos realizados anteriormente se define que en el producto
predomina la arquitectura modular (aunque dentro de cada módulo o “chuncks”
existe una estructura integral).
:$ = ;%$'M%N'O'$ '?' % %$ #?%'$ ;%
$'5%$' $5@' # K' ?%5 ' P' G' '#$' #
M) 0 O
9. DISEÑO INDUSTRIAL
Ya establecida la arquitectura y organización de los elementos que participan en el
sistema y conociendo el criterio por el cual se forman los bloque funcionales de esa
manera, es importante mencionar las ponderancías que se tienen en cuenta para el
desarrollo del diseño industrial.
Para ello es indispensable dar a conocer las necesidades ergonómicas y estéticas
utilizadas en el equipo en desarrollo.
Tabla 10. Nivel de Importancia de las necesidades Ergonómicas y Estéticas
NECESIDADES
ERGONOMICAS
NIVEL DE IMPORTANCIA
Fácil de usar ______________________________
Fácil mantenimiento ______________________________
Cantidad de interacciones ______________________________
Novedad de interacciones ______________________________
Seguridad ______________________________
NECESIDADES
ESTETICAS
Diferenciación del producto ______________________________
Orgullo de propiedad ______________________________
Motivación del equipo ______________________________
Bajo Medio Alto
9.1. EXPLICACIÓN
9.1.1. Fácil de usar. Unas de las principales premisas en el diseño o desarrollo del
equipo automático es permitir al usuario un fácil manejo, implícitamente, este
depende mucho de la interfase de usuario diseñada para el equipo. Debido a ésta
característica se le da un alto nivel.
9.1.2. Fácil mantenimiento. Para el diseño del equipo se tiene en cuenta las
funciones que va a desempeñar cada material, por este aspecto sabemos que los
materiales que participan en la construcción del equipo no se someten a esfuerzos
elevados o desgastes excesivos, a demás la estructura de cada pieza tiene una
geometría simple que permite posicionarse rápida y fácilmente, debido a esto ocupa
un nivel de importancia medio ya que el mantenimiento a demás de ser fácil no es
frecuente.
9.1.3. Cantidad de interacciones. A comparación del equipo actual (equipo existente
en el laboratorio de física II), el equipo automático reduce en gran medida las
interacciones (usuario – equipo) por esta razón ocupa un nivel de importancia medio.
9.1.4. Novedad de interacciones. A comparación con el equipo actual (equipo
existente en el laboratorio de física II), el equipo automático posee una nueva
interfase, una nueva forma de introducir datos y manipular objetos, por lo tanto la
novedad de interacciones con el usuario ocupa un alto novel de importancia.
9.1.5. Seguridad. El equipo no implica mayor riesgo de accidentalidad de hecho no
demanda el uso de accesorios que amenacen con la integridad humana, sin embargo
por ser un dispositivo con que los estudiantes trabajan, se ubica en un nivel medio.
9.1.6. Diferenciación del producto. Por su geometría e interfase de usuario no se
mimetiza con los demás productos en el laboratorio de física II. Debido a su diseño
original se ubica en un alto nivel de importancia.
9.1.7. Orgullo de propiedad. El equipo automático se proyecta para un tratamiento
de datos fácil y confiable, a demás por ser un equipo hecho en la universidad por
estudiante de la universidad y más aun por ser automático requiere un alto nivel de
importancia.
9.1.8. Motivación del equipo. El desarrollo del sistema implica una importante
inspiración para el equipo de fabricación, ya que demanda un interés elevado, en
dejar un recuerdo tecnológico en la universidad y por otra parte poder obtener el
titulo como ing. Mecátronico.
10. CONCLUSIONES.
Q Se integraron elementos fundamentales como: regleta, lámpara, sistema de
posicionamiento y sistema de tensión automático.
Q El equipo nuevo mejora al actual con una interfase digitalizada. Esta consta de
una pantalla y un teclado de membrana. Además se anexa regulador de
amplitud para vibración del pistón.
Q El sistema permite entrada de parámetros digitalmente. Aquí el usuario debe
interactuar con un teclado para introducir parámetros físicos tales como:
posición, tensión y frecuencia.
Q Los mensajes expuestos por la pantalla son fáciles de interpretar, permiten
guiar al usuario paso a paso, dando a conocer todas sus funciones.
Q El equipo por estar hecho con materiales rígidos proporciona estabilidad y
robustez, minimizando riesgos producidos por perturbaciones externas.
Q El desarrollo del proyecto permitió incrementar el nivel investigativo, afino
conocimientos adquiridos en el transcurso de la carrera, permitió tomar
conciencia de la importancia y complejidad del desarrollo de un equipo, donde
reúne gran parte de conceptos interdisciplinarios de las diferentes ramas de la
ingeniería.
Q Concluyo que trabajar solo es duro, sin embargo cada unas de las etapas del
proyecto ayudaron a incrementar la disciplina, impuso un cronograma de
actividades diario que produjo orden, tanto en la parte profesional como
personal e incremento el nivel de percepción en cuanto a ubicación de errores
emergentes en cada una de las diferentes etapas de desarrollo.
11. FUTURAS MEJORAS
Q Mejorar el sistema de medición de tensión. Específicamente cambiar sensor
cuya función es la de registrar cambios de fuerza en la cuerda. El sistema
utiliza un puente resistivo con dos galgas extensometricas. Una para medir
variable del proceso y la otra para eliminar parámetros de influencia externos,
en este caso la temperatura, con esta configuración o sistema se tuvo mucho
inconveniente para calibrar el cero o referencia del sistema.
Una alternativa. Es la sustituir el puente resistivo con celdas de cargas (para no
cambiar el diseño). Estos son dispositivos que ya vienen calibrados.
Q Mejorar diseño para el circuito de la lámpara de luz estroboscopia, a pesar que
se logro diseñar un circuito capaz de realizar la labor de la lámpara y alcanzar
frecuencias de hasta 200 Hz. no da la eficiencia que se necesita.
Q Mejorar el módulo de la lámpara de luz estroboscopia, tanto la base donde
reposa la carcasa como la carcasa. La base no requiere tantos grados de
libertad y la carcasa debe ser más liviana.
Se recomienda un cuello de ganso para la base y pvc para la construcción la
carcasa.
Q Se debe incorporar una módulo de corriente dedicado para la bobina, con el fin
de obtener una amplitud constante ante diferentes cambios de frecuencia. El
driver incorporado en el sistema no cumple con esta demanda.
Q A pesar que se incorporo el dispositivo de regulación de vibración (algo que no
tiene el equipo actual), esta operación es conveniente mejorarla por cambios
de amplitud digitalmente. Para ello es indispensable incorporar rutinas de
programación y descargar el programa posteriormente.
BIBLIOGRAFIA
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Educativo Interamericano, 1985. 1150 p.
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http://www.lenntech.com/espanol/referencias_tabla%20_periodica.htm.
ANEXOS
Anexo A. Figura 44. Caja de Control
1. Cubierta superior. 2. Base para membrana. 3. Membrana (Bobina). 4. Pistón. 5. Interruptor general.
6. Pantalla LCD. 7. Teclado de membrana. 8. Cubierta inferior. 9. Base articular. 10. Lámpara.
Anexo B. Figura 45. Caja Móvil
1. Cubierta superior. 2. Cubierta lateral. 3. Base plataforma. 4. Buje deslizante. 5. Indicador. 6. Polea tensora. 7. Base para motor T. 8. Base para correa d. 9. Conector MIDI.
10. Base vertical. 11. Motor tensor. 12. Base para galga. 13. Galga. 14. Base para mini_polea. 15. Base para mini ejes. 16. mini ejes. 17. mini poleas.
Anexo C. Figura 46. Caja Motriz
1. Cubierta superior. 2. Cubierta lateral. 3. Base plataforma. 4. Base Sensor. 5. Base motoreductor.
6. Motoreductor. 7. Sensor clarostato. 8. Base vertical. 9. Piñón para correa d. 10. Tarjeta electrónica. 11. Empaque.
Anexo D. Figura 47. Esquema General
1. Caja de control. 2. Lámpara estroboscopica. 3. Plataforma general. 4. Base para piñón tensor. 5. Eje guía.
6. Regleta. 7. Base para guía. 8. Correa dentada. 9. Caja móvil. 10. Caja motriz.
:+-46-1-26/E/2"*1 1-7/76-42/"RΩSD 2":"2/61+E."2 1-7/76-42/"RΩD 1-7/76-42/"ΩSD 1-7/76-42/"RΩD 2":"2/61µE. 2":"2/61µ. 1-7/76-42/"RΩD 61"47E1)"*1*-:
1-7/76-42/"ΩSD )7E-6*-:6/1E
*/*9-4-1". 0)0/,,"8"7&-44
:6*/**"1,/4864 1-7/76-42/"ΩSD
7- ":,/2" ."2 " ," -461"*" -, :+-46- 1-26/E/2"*124./-16--,.,6"T-:/2":/2".,6"T-1)7:1,6"46-4 -, -&61-) *- ,7 *7 2":"2/61-7 2"18"*7 7- 6/-4- .*2 4-2-7"1/7 :"1" -4-18/9"1 ," ,"):"1" *- 8"7 &-44*-0/*"U+--,7/76-)"*-",6"*-0--76"1:6"2:,"*24-, *- 0"T" 7- -):,-" +4 :6*/ :"1" 61"47E-1/1 ,7 :+,77U+-./-4-4*-,)/21,"*1V"7/7D /62C"1-,)7E-6U+-241V224E1)"4,"2476"46-*- 6/-):,/)/6--,2+",,","):"1"*-0-7D /62C"1
Anexo E. Figura 48. Esquema circuito lámpara
61"47E1)"*11-*+261."2W."2""
:+-46-1-26/E/2"*1
2":"2/61µE". 1-8+,"*1*-.,6"T-*-.*2W.*2
1-8+,"*1*-.,6"T-*-.*2W.*2
1-8+,"*1*-.,6"T-H*-W.*2JJ.*2
!
7- ":,/2" ."2 " ," -461"*" *-, 61"47E1)"*11-*+261 X76- 1-*+2- ,7 ."2 " ."2 U+- -7.,6"T- *- -461"*" ", :+-46- 1-26/E/2"*1 U+-24./-16-,7."2".1)7-76-.,6"T-7-*/./*--4 2"*" +4 *- ,7 2":"2/61-7 U+- E1)"4 *77+)/4/761*-.,6"T-7/4*-:-4*/-46-+4*-.*2V-, 61 *- W .*2 2"*" +4 *- -767 .,6"T-7 7-/461*+2-4 " ,7 1-8+,"*1-7 )761"*7 -4 ,"E/8+1" V 7- 06/-4- 2) 1-7+,6"* 6/:7 *-.,6"T-7Y.*2Y.*2VW.*2
Anexo F. Figura 49. Esquema circuito fuente r. de voltaje
1-8+,"*1*-.,6"T-*-.*2W.*2
2/12+/6/46-81"*1-8/761
:-/4-6"*-2C:/4-7
2.-171*/8/6",""4",8
2/12+/6/46-81"*")::-1"2/4",,)
:6-42/)-6161/)-1RΩ :6-42/)-6161/)-1RΩ
!
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
Anexo G. Figura 50. Esquema circuito conversor D - A
61"47/761*-:6-42/"0T64
1-7/-642/"Ω :-/4-6"*-2C:/4-7
:-/4-6"*-:/4-7
2/12+/6/46-81"**-2*/E/2"*1*-6-2,"*
:-/4-6"*-4+-.-:/-4-7
2/12+/6/46-81"*2):+-16"4-8"*1"
:6-42/)-6161/)-1RΩ
!
,"6"1T-6"-T-12-E+42/4-7"):,/E/2","7-Z",:+,7"46-U+- ./-4- *-, )/21461,"*1 :"1" ",/)-46"1 ,7*/7:7/6/.700/4"V,"):"1""61".X7*-,61"47/7610T6U+-7-",/)-46"24Y.*2*/761/0+V--,0+7*-*"67:+-162-1*-,)/21461,"*1"61".X7*-,"7:-/4-6"7*-2*/E/2" ," 7-Z", *-, 6-2,"* :1 )-*/ *-, /2 :"1",+-8 -4./"1," " 61".X7 *-, 0+7 *- *"67 *-,)/212461,"*1V,+-8:12-7"1,"
Anexo H. Figura 51. Esquema circuito distribuidor de señal
"" E+-46-*-",/)-46"2/4 2/12+/6/46-81"*"):,/E/2"*1*-/4761+)-4 2/12+/6/46-81"*"):,/E/2"*1*-/4761+)-4 2/12+/6/46-81"*0+EE- 2/12+/6/46-81"*µ2461,"*1:/2 2/12+/6/46-81"*2):+-16"7"4* 2/12+/6/46-81"*2):+-16"74-8"*1"7
-,C"1*D "1-*-,"6"1T-6",24E1)"-481"4)-*/*" +4 )/212461,"*1 V -7 -76- U+/-41-",/9" -, 61"0"T *- :12-7")/-46 *- *"67:"1" -T-2+6"1 -, ,"9 2-11"* *- 2461, *-:7/2/4")/-46V6-47/34 0./")-46-:1)-*/*-+4E/1)D "1-7E6D "1--)0-0/*
Anexo I. Figura 52. Esquema circuito controlador
E"
Anexo J. Figura 53. Diagrama de flujo rutina de selección
SI TECLA ENTER
7/61-7DIGITOS
SI TECLA ENTER
SI TRES DIGITOS
SI TECLA ENTER
SI TECLA ENTER
SI TECLA ENTER
SI TECLA ENTER
SI DOS DIGITOS
MUESTRA MENSAJE 1.
MUESTRA MENSAJE 2.
PROCESA DATOS 1.
PROCESADATOS 2.
PROCESA DATOS 3
)+-761"MENSAJE 3.
MUESTRA MENSAJE 4.
MUESTRA MENSAJE 5.
PROCESA DATOS 4.
MUESTRA MENSAJE 6.
PROCESA DATOS 5. MUESTRA 7.
PROCESA DATOS 6.
SI TECLA ENTER
SI TECLA ENTER
7/6-2,"ENTER
Anexo K. Figura 54. Procesamiento de datos 1 (Autocalibración)
Anexo L. Figura 55. Procesamiento de datos 2 (reg. de longitud)
7/1!
*/1-22/4")/-46V2"18"
*/1-22/4")/46V2"18"
"7/84"2/4
6-1)/4"
7/
4
7/
R4: registro que incrementa cada ves que se digita la tecla Enter. Direccionamiento y Carga 1: posiciona el puntero de datos en la dirección 5000 y le carga un valor almacenado de un registro. Direccionamiento y Carga 2: posiciona el puntero de datos en la dirección 4000 y le carga un valor almacenado de un registro. Asignación: el registro cede su valor al acumulador para exteriorizarlo. Termina: fin del ciclo.
R4: registro que incrementa cada ves que se digita la tecla Enter. Asignación 1: se carga un registro con el valor digitado por el usuario. SI A = B: compara si el valor digitado, es igual al valor almacenado en una tabla. Incremento: recorre los datos o valores almacenados en la tabla. Direccionamiento y Carga: se direcciona el DPTR hacia una tabla imagen, extrae el valor de esta y lo carga en un registro. Asignación 2: el registro le cede el valor al acumulador para luego exteriorizarlo. Termina: fin del ciclo.
7/1!
"7/84"2/4
/42
7/"!0
6-1)/4"
"7/84"2/4
*/1-22/4")/-46 V4
4
7/
Anexo M. Figura 56. Procesamiento de datos 3 (reg. de tensión) Anexo N. Figura 57. Procesamiento de datos 4 (regulación de hz)
7/1!
7/1!H
4
7/
4
7/
"7/84"2/4
/42
7/"!0
6-1)/4"
"7/84"2/4
*/1-22/4")/-46 V2"18"
47/
47/
"7/84"2/4
/42
7/"!0
6-1)/4"
"7/84"2/4
*/1-22/4")/-46V2"18"
R4: registro que incrementa cada ves que se digita la tecla Enter. Asignación 1: se carga un registro con el valor digitado por el usuario. SI A = B: compara si el valor digitado, es igual al valor almacenado en una tabla. Incremento: recorre los datos o valores almacenados en la tabla. Direccionamiento y Carga: se direcciona el DPTR hacia una tabla imagen, extrae el valor de esta y lo carga en un registro. Asignación 2: el registro le cede el valor al acumulador para luego exteriorizarlo. Termina: fin del ciclo.
R4: registro que incrementa cada ves que se digita la tecla Enter. Asignación 1: se carga un registro con el valor digitado por el usuario. SI A = B: compara si el valor digitado, es igual al valor almacenado en una tabla. Incremento: recorre los datos o valores almacenados en la tabla. Direccionamiento y Carga: se direcciona el DPTR hacia una tabla imagen, extrae el valor de esta y lo carga en un registro. Asignación 2: el registro le cede el valor al acumulador para luego exteriorizarlo. Termina: fin del ciclo.
Anexo Ñ. Figura 58. prototipo 1.
Anexo O. Figura 58. prototipo 1.1
Pág.
TABLA DE CONTENIDO 114
1. INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD 115
2. ESPECIFICACONES TECNICAS 116
3. PARTES BÁSICAS DEL EQUIPO 117
4. FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL EQUIPO 118
5. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL EQUIPO 119
6. CONEXIÓN BÁSICA DEL EQUIPO 123
7. TABLA DE DETECCIÓN Y CORRECCIÓN DE PROBLEMAS 126 MANTENIMIENTO BÁSICO DEL EQUIPO 127
ANEXO P. MANUAL DE USUARIO
TABLA DE CONTENIDO
NOTA: TENER EN CUENTA LAS SIGUIENTES RECOMENDACIONES
PARA UN ÓPTIMO Y MEJOR RENDIMIENTO EN EL EQUIPO.
No someter el equipo a ningún tipo de impacto.
No generar ningún tipo de esfuerzo a las cubiertas, ni mucho menos en
las guías de desplazamiento.
El voltaje de entrada del equipo corresponde a 115 VAC, no lo someta a
mayor tensión.
El equipo se debe limpiar con un trapo seco, para evitar humedad en la
superficie de los módulos.
No golpear las guías de desplazamiento con ningún objeto que
proporcione deformaciones en la superficie cilíndrica de estas.
No oprimir fuerte las teclas cada ves que se digite una parámetro de
entrada.
La manipulación de la lámpara se debe hacer suavemente y tratar de
ubicarla en una sola posición.
1. INSTRUCCIONES DE SEGURIDAD
ESPECIFICACIONES TECNICAS
##
##
##
##
$
[E% <G '$ 5
E% A '$ 5
,@ %A %
,@ %<G %
1 @# 5 '5
.$ > $ 5
%
"$;%#
, @$;%#
"$ % $;%#
.$% ? >
[
W@=
."2
1. Caja de control. 2. Base para piñón tensor. 3. Correa dentada. 4. Eje guía. 5. Carro móvil. 6. Caja motriz. 7. Lámpara de luz estroboscopia. 8. Regleta (Barra Graduada). 9. Soporte para eje Guía. 10. Plataforma general. 11. Interruptor General. 12. Pantalla (LCD). 13. Teclado de Membrana. 14. Pistón (Espigo).
2. PARTES BASICAS DEL EQUIPO
Permite entrada de parámetros a través de teclado (Parte no. 13).
Permite la visualización de parámetros, ya sea de entrada o salida por
medio de una pantalla o LCD (Parte no. 12).
Crea ondas en una cuerda a través de un movimiento vibratorio
producido por un pistón (Parte no. 14).
Genera luz estroboscopica a través de una lámpara (Parte no. 7).
Crea tensión en la cuerda por medio de un mecanismo interno localiza en
la caja móvil (Parte no. 5).
Regula longitud de la cuerda por medio de un mecanismo interno
localiza en la caja motriz (Parte no. 6).
3. FUNCIONAMIENTO GENERAL DEL EQUIPO
1. Habilite el equipo presionando el interruptor piloto (Parte no. 11), éste se tornara rojo incandescente. Una vez hecho esto, la pantalla (LCD, Parte no. 12) se activa inmediatamente mostrando el primer mensaje.
2. Pase al menú siguiente haciendo uso del teclado (Parte no. 13), presionando la tecla Enter. Una vez hecho esto la pantalla (Parte no. 12) ilustrara el segundo mensaje.
3. Pase al menú siguiente, de la misma forma que el anterior ítem. Una vez hecho esto la pantalla (Parte no. 12) ilustrara el tercer mensaje.
4. FUNCIONAMIENTO BÁSICO DEL EQUIPO
Para activar la función “autocalibración”, digite la tecla Enter del teclado (parte no. 13). Una vez hecho esto, la caja motriz (Parte no. 6) se activa transmitiendo movimiento al carro móvil (Parte no. 5) a través de la correa dentada (Parte no. 3), esto se ejecuta con el fin de que los módulos del sistema se encuentren en condiciones iniciales. 4. Pase al menú siguiente, de la misma forma que el ítem no. 3. Una vez hecho esto, la pantalla (Parte no. 12) ilustrara el cuarto mensaje. Para activar la función “regular longitud”, digite 3 números donde indica el cursor, estos números deben de estar en un rango de 25 cm. a 130 cm. Los cambios de longitud debe hacerlos de 5 en 5. Cada vez que digite un numero de 2 cifras debe precederlo con un cero, dicho de otra forma, digite el cero primero y luego el numero, esto es valido solo para número de 2 cifras. Para número de tres cifras se hace normal (ya digitado los parámetros finalice con Enter). Un vez hecho esto correctamente, el carro móvil (Parte no. 5) debe posicionarse en el valor que digito teniendo como referencia la barra graduada (Parte no. 8). 5. Pase al menú siguiente, de la misma forma que el ítem anterior. Una vez hecho esto, la pantalla (Parte no. 12) ilustrara el quinto mensaje.
4. FUNCIONAMIENTO BASICO DEL EQUIPO
Para activar la función “regular tensión”, digite 2 números donde indica el cursor, estos números deben de estar en un rango de 5 gf. a 75 gf. Los cambios de tensión debe hacerlos de 5 en 5. Cada vez que digite un numero de 1 cifras debe precederlo con un cero, dicho de otra forma, digite el cero primero y luego el numero, esto es valido solo para número de una cifras. Para número de dos cifras se hace normal. Un vez hecho esto correctamente, el carro móvil (Parte no. 5) habilita el mecanismo que posee internamente y es éste quien genera la fuerza necesaria en la cuerda, proporcional al valor digitado (recuerde que una vez introducido el dato se debe terminar con la tecla Enter). 6. Al digitar la tecla Enter, aparece automáticamente el sexto mensaje. Éste muestra el valor teórico de la velocidad de propagación de la onda, que depende del valor de tensión que digito anteriormente.
7. Pase al menú siguiente de la misma manera que los anteriores ítems. Una vez hecho esto, la pantalla (Parte no. 12) mostrara el séptimo mensaje.
Para activar la función “frecuencia de pistón” proceda de la misma manera que en la función “regular longitud”, con la diferencia que en ésta función, los cambios se hacen de 1 en 1 y el rango útil va de 8 hz hasta 200 hz, tener en cuenta que cada vez que se introduzca un numero de 1 digito, éste de ser precedido por 2 cero, si digita un numero de 2 dígitos, éste debe ser precedido por un cero, si digita un numero con 3 dígitos, éste no necesita ser precedido por ceros. Ya introducido el dato y sucedido con la tecla Enter, el pistón (Parte no. 14) se activa, produciendo vibraciones con una frecuencia proporcional a la digitada previamente.
NOTA: El sistema consta de una perilla, ubicada en el lateral derecho de la caja de control, ésta permite regular la amplitud de vibración en el pistón.
8. Pase al siguiente menú de la misma manera que en los anteriores ítems. Una vez hecho esto, la pantalla (Parte no. 12) mostrara el octavo mensaje.
4. FUNCIONAMIENTO BASICO DEL EQUIPO
Para habilitar la función “activar lámpara”, debe digitar tan solo la tecla Enter. Una vez hecho esto la lámpara de luz estroboscopica (Parte no. 7) genera una cantidad de flash de luz proporcional a la frecuencia que se digito en la función “frecuencia de pistón”. Si no desea activarla, oprima la tecla (rev.) que significa retroceso, así se devuelve a los menús vistos previamente.
9. Pase al siguiente menú oprimiendo la tecla enter. Una vez hecho esto, la pantalla (parte no. 12) muestra el noveno mensaje. Para desactivar la lámpara de luz estroboscopica, debe digitar la tecla enter, una vez hecho esto, la lámpara (Parte no. 7) deja de funcionar (se apaga).
10. Pase al siguiente menú de la misma manera que en el ítem anterior. Una vez hecho esto, la pantalla (parte no. 12) muestra el décimo mensaje.
Proceda de la misma manera que en el ítem anterior, tan solo oprima la tecla enter y el pistón (parte no. 14) se apagara automáticamente.
MENSAJES DE ERROR
Los mensajes de error ocurren cuando se digita un valor que no esta dentro del rango establecido: Longitud (25 – 130 cm.), Tensión (5 – 75 gf.) y frecuencia de pistón (8 – 200 hz.). de igual forma ocurren si los datos digitados no comprenden los pasos especificados: Longitud (5 en 5), Tensión (5 en 5), frecuencia de pistón (1 en 1)
4. FUNCIONAMIENTO BASICO DEL EQUIPO
1. Conector hembra para puerto serial: conexión directa con el PC, solo para trabajo de programación (trabajo de ingeniería).
2. Conector hembra tipo MIDI para cable PS/2 de seis líneas, conexión punto a punto 2 con 4, líneas de control y energía para los módulos restantes. 3. Conector hembra para línea de energía 115 VAC.
5 y 6 Conectores hembras tipo MIDI para cable PS/2 de seis líneas, conexión punto a punto 5 con 6, líneas de control y energía.
5. CONEXIÓN BASICA DEL EQUIPO
5, 6 y 7 Conectores hembras tipo MIDI para cable PS/2 de seis líneas. Líneas de control y energía Conexión punto a punto entre seis y siente.
ENHEBRAR CUERDA Carro Móvil (Parte no. 5)
5. CONEXIÓN BASICA DEL EQUIPO
"&'()*""&+*,*(*-&'()*""./'*'0&'1*"".,.(2''(23-*/""4)3-*).("".,.(2'5.(36.42*/"" &7'8'8/36*42'8
INDICACIONES PASO A PASO DE CÓMO ENHEBRAR LA
CUERDA
1. Pieza no. 1 (polea cónica), Aquí se introduce la cuerda a través de un orificio que pasa verticalmente, cuando la cuerda pasa por completo se hace un nudo al extremo para que esta no se salga, una ves hecho el nudo este se aloja en una pequeña cavidad hecha en el extremo del mismo orificio.
2. Ya enhebrada la cuerda en la polea cónica (pieza no. 1). Se pasa el extremo libre de la cuerda por la pieza no 2 (polea pequeña) asegurándose que la cuerda pose dentro del canal, esta pieza es soportada por la Galga (pieza no. 2.1).
3. Una ves enhebrada la cuerda en la pieza no. 2, se procede a pasar la cuerda
de la misma manera por la pieza no. 3 (Polea pequeña).
4. El extremo de la cuerda que sale de la pieza no. 3, es entrada para la pieza no. 4 donde se ejecuta de igual forma que los anteriores y por ultimo la cuerda es guiada por el orificio de la pieza no 5.
6. CONEXIÓN BASICO DEL EQUIPO
"
PROBLEMA
POSIBLE CAUSA POSIBLE SOLUCION
El equipo no enciende
Cable desconectado ya sea desde el toma corriente o desde la parte posterior de la caja de control.
Generar presión a la clavija hacia el toma corriente o al cable en la parte posterior de la caja.
Caracteres no deseados en algunos mensajes en pantalla.
Corrientes parasitas o datos no deseados acumulados en los registros.
Reinicie el equipo (desactívelo y actívelo).
La lámpara no funciona
Tensón excesiva en los cables por donde viaja la señal producto del mal uso de la base articular que sostiene la lámpara. Cable roto.
Organizar las rotulas, de tal forma que no realicen mucha tensión en los cables que las atraviesan. Cambiar cableado.
La lámpara no produce la misma frecuencia del pistón
Debido a las altas tensiones que se le deben suministrar a la bombilla para que trabaje y el uso de dispositivos de potencia en la tarjeta que la controla, es posible que al inicio se genere discontinuidad en el flash de luz.
Dejar un instante de tiempo para que esta se estabilice o reinicial el sistema (apagar o prender el equipo).
El pistón no vibra
La perilla que regula la amplitud se encuentra en el valor mínimo.
Girar la perilla hasta que visualmente se observe vibración en el pistón, teniendo en cuenta que la perilla posee una marca (línea blanca), ésta cuando esta verticalmente hacia arriba indica máxima amplitud.
7. TABLA DE DETECCION Y CORRECCION DE PROBLEMAS
TENIENDO ENCUENTA QUE EL EQUIPO EN GRAN MEDIDA ES
ELETRONICO, A DEMAS LAS PARTES MECANICAS QUE LO CONFORMAN NO ESTAN PERMANENTEMENTE BAJO ESFUERZOS LOS MECANISMOS A MANTENER SON POCOS, DE ESTA MANERA SE PROCEDE A MENCIONAR
LAS POCAS PARTES QUE REQUIEREN MANTENIMIENTO.
1. Lubricación regular para ejes guías. 2. verificación y ajuste regular para base articular.
RECOMENDACIÓN.
Un aspecto importante para tener en cuenta a manera de comentario, respecto a posibles fallas en la programación cuya solución no dependa tan solo de la manipulación externa a través del teclado y sea necesario la descarga nuevamente del software al sistema, a continuación se ilustra paso a paso como se debe hacer. " Se debe tener claro el capitulo de conexiones básicas del sistema. Recordemos, el modulo no. 1 (caja de control) posee diferentes tipos de conectores en su parte posterior, en el conector DB9 hembra (puerto serial) se conecta el cable cuyo extremo este conectado a algunos de los puertos seriales del PC (ver figura).
MANTENIMIENTO BASICO DEL EQUIPO
REQUERIMIENTOS DE INGENIERIA COM
EQUIPO AUTOMÁTICO DE ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA.
Cal
ifica
ción
Esp
acio
de
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[m3]
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(Lab
orat
orio
Fís
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II)
Equ
ipo
prue
bas
mec
ánic
as
Generar ondas * 5 5 Confiable 5 * * * 3 3 Interfaz amigable con el usuario 4 * 3 3 Precisión de movimientos 5 * * * * 3 3 Robusto 4 * * * 4 4 Uso de actuadores eléctricos. 3 * * * * * N N Uso de conectores externos. 3 * * * * N N De fácil manejo 4 * 4 3 Poco consume de energía 3 * * * * * 4 4 Fácil ensamble 4 * * * 4 4 Poco mantenimiento 4 4 4 Intercambiabilidad 4 * * 3 4 Piezas comerciales 3 * * * 4 4
DE
SE
MP
EÑ
O F
UN
CIO
NA
L
Seguro * * * * * 4 4 $ Económico * / / T Tiempo de desarrollo. * / /
Unidades y Medidas
0.15
8 - 2
00
10-
1100
5 - 7
0
±2
Al.
Em
p.
±24,
40
, 1.5
1
0.15
±0.1
µVis
ión.
P.
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DB
9
RE
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IMIE
NTO
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NS
UM
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R
IMPORTANCIA RELATIVA 42 200 200 200 200 100 100 100 50 150 100 150 EQUIPO ACTUAL LABORATORIO DE FÍSICA II.
0.15
8 - 1
30
10
- 11
00
5 - 7
5
±4
A.
Col
led
Rol
led
1 0.15
±0.1
CO
M
EQUIPO PARA PRUEBAS MECÁNICAS.
0.3
¿?
¿?
¿?
±2
A.
Col
led
Rol
led
1 0.2
±0.1
4'9."*:/*"4;/3838
-6":" *- :6-42/" :"1" )61 *-:7/2/4")/-46V6-47/34
24.-171 */8/6", ""4I,8
2461,:7/2/34V6-47/34
*/761/0+2/34 *- 0+7 *- *"67 V6-14/)",-7:"1":-1/EX1/27
,I):"1"-761072:/2"
-6":" *- :6-42/" :"1" )-)01"4"V,I):"1"
org 0A000h setb p3.2 ;interrupcion externa (teclado) en 1, interrupcion activa en bajo mov p1,#0ffh ;inicializacion de puertos y registros mov r0,#00h mov r1,#00h mov r2,#00h mov r3,#00h mov 30h,#00h mov 31h,#00h mov 32h,#00h mov 33h,#00h mov 34h,#00h mov 35h,#00h mov 36h,#00h mov 37h,#00h mov 38h,#00h mov 39h,#00h mov 3bh,#00h mov r4,#00h mov r5,#00h mov r7,#00h mov r6,#00h mov th0,#00h mov tl0,#00h mov th1,#00h mov tl1,#00h
mov ie,#8bh ; inicializacion de registro de interrupciones habilita todas las interruciones a demas los timers
mov tmod,#11h ; inicializacion de registro del timer, habilitacion timer 1
setb it0 ; habilitacion de registro para captura por flanco
lcall INILCD ; rutina de inicializacion del lcd. lcall presentacion ; instruccion que llama la rutina presentacion
inicio1: lcall teclado ; instruccion que llama rutina teclado
ljmp inicio1 ; instruccion de retorno /********************** RUTINA TECLADO ************************** *******************************************************************/ EN ESTA RUTINA SE HACE USO DE REGISTROS TALES COMO R7, R5, R0, E INSTRUCCIONES DETERMINADAS PARA LA ACCION REQUERIDA: R7: DEFINE EL CONTROL O PASO DE ENTRADA A LA RUTINA RUTINA CADA VES QUE SE PRECIOSA ENTER SI LA INSTRUCCION ES VERDADERA O R7 = 1 ENTONCES ENTRA A RUTINA QUE ES LA ENCARGADA DE DAR LOS MENUS DESPUES DE CULMINADO EL PASO POR RUTINA CLAREA EL REGISTRO 7, PERO SI R = 0 ENTONCES MIRA EL ESTADO DEL REGIS R5 QUE ES EL ENCARGADO EN CONTABILIZAR EL NUMERO DE DIGITOS QUE SE PRECIONAN TIENE UN LIMITE DE HASTA 3 DIGI. DESPUES CLAREA EL REGISTRO R5 DANDO LA POSIBILIDAD DE VOLVER A DIGITAR LOS 3 DIGITOS Y CLAREA EL REGISTRO R0 QUE ES EL QUE CIERRA LA ESCRITURA EN EL LCD CUANDO ESTE ES 1 SE HABILITA LA ESCRITURA EN LCD. ****************************************************************************************************/ teclado: cjne r7,#01h,m lcall rutina
mov r7,#00h m: cjne r5,#03h,t mov r5,#00h mov r0,#00h t: ret /************************ RUTINA RUTINA ************************/ **************************************************************** RUTINA COMANDADA POR REGISTROS TALES COMO: R0 Y R4 DONDE ANTERIORMENTE SE SUSTENTA LOS ESTADO DEL R0; AHORA NOS ENFOCAMOS A GROZO MODO DE SUSTENTAR LOS ESTADO DEL REGISTRO R4, ESTE ES EL REGISTRO CONTROL DE ENTRADA A CADA UNO DE LOS MENUS QUE SE MUESTRAN EN EL LCD YA QUE CONTABILIZA LAS VECES QUE SE DIGITA ENTER Y DE ACUERDO AL NUMERO MUESTRA LOS MENSAJES EN EL LCD POR EJEMPLO: R4 = 1 BORRA PANTALLA Y MUESTRA INSTITUCION C.U.A.O. R4 = 2 HABILITA ESCRITURA EN EL LCD, LIMPIA DESPUES PONES FRECUENCIA MAS LA UNIDAD DE MEDIDA Y CUADRA EL CURSOR EN LA PRIMERA CASILLA LISTA PARA ESCRIBIR. R4 = 3 CLAREA EL REGISTRO DE CONTEO DE DIGITOS R5, CIERRA ESCRITURA CON R0, LLAMA A BUSCAR (BUSCA EL VALOR QUE SE DIGITO, EN UNA TABLA) Y DESPUES HABILITA EL TIMER PARA SACAR POR EL PUERTO 1 PIN 7 LA FRECUNCIA DIGITADA R4 = 4 LIMPIA LA PANTALLA PONE LONGITUD MAS SU DIMENCION Y MUESTRA EL VALOR ANALOGO DE LO QUE CAPTURA DE UN POTENCIOMETRO A TRAVES DE LA RUTINBA LCALL CONVER R4 = 5 PONE TENCION SUS DIMENCIONES Y CUADRA EL CURSOR PARA UBICACION DE ESCRITURA Y
HABILITA EL R0 = 1 PARA ESCRIBIR EN LCD R4 = 6 LIMPIA PONE VELOCIDAD HABILTA ESCRITURA Y BUSCA UNA DATO EN TABLA DE ACUERDO AL VALOR QUE SE DIGITE. *****************************************************************************************************/ rutina: cjne r4,#01h,sr lcall limpiar ; borra lo que se muestra al principio la presentacion lcall programa ; muestra el nombre de la institucion ret sr: cjne r4,#02h,sc lcall limpiar lcall autocalibra ret sc: cjne r4,#03h,scarl MOV DPTR,#5000H MOV A,#01H MOVX @DPTR,A MOV DPTR,#4000H MOV A,#01H MOVX @DPTR,A ret scarl: cjne r4,#04h,sen lcall limpiar mov r0,#01h lcall longitud lcall medl mov a,#0c0h lcall ctr ret sen: cjne r4,#05h,ss mov r0,#00h
mov r5,#00h lcall busquedalong mov dptr,#5000h mov a,39h movx @dptr,a ;lcall prueba ret ss: cjne r4,#06h,za mov r0,#01h ; se habilita el registro para escritura lcall limpiar lcall tension ; se llama los caracteres que representa la palabra tensión en el lcd lcall medp ; se llama los caracteres que representa la unidad de medida gf mov a,#0c0h ; se reubica el cursor en el primer espacio en la segunda fila lcall ctr ret za: cjne r4,#07h,ssr mov r0,#00h lcall limpiar lcall datoss lcall velocidad mov a,#0c0h lcall ctr lcall busqueda1 mov a,37h mov dptr,#4000h movx @dptr,a ret ssr: cjne r4,#08h,sa mov r0,#01h lcall limpiar ; borra el nombre de la institucion
lcall menu ; pone en pantalla la opion de digitar la frecuencia lcall medf mov a,#0c0h lcall ctr ret sa: cjne r4,#09h,zz lcall buscar lcall pw1 lcall pw0 ret zz: cjne r4,#0Ah,zb lcall limpiar lcall lampara ret zb: cjne r4,#0Bh,si mov r3,#01h lcall limpiar lcall off ret si: cjne r4,#0Ch,bobina mov r3,#00h lcall limpiar lcall vibra ret bobina: cjne r4,#0Dh,terminar clr tr1 mov r4,#01h mov 34h,#00h mov 33h,#00h terminar: ret
/******************* RUTINA DE INICIALIZACION DE LCD *******************/ **************************************************************************/ RUTINA QUE SE ENCARGA BASICAMENTE DE ESTABLECER LAS CONDICIONES NECESARIAS PARA EMPESAR CON EL LCD SOLO PALABRAS DE CONTROL. **************************************************************************************************************/ INILCD: mov A,#38h lcall ctr mov A,#08h lcall ctr mov A,#0eh lcall ctr mov A,#06h lcall ctr mov A,#01h lcall ctr ret /********** RUTINAS DE CONTROL PARA POSICIONAR CURSOR *********/ *********************************************************************/ RUTINA QUE SOLO CONTROLA POSICION DEL CURSOR DE ACUERDO A UNAS PALABRAS DE CONTROL TALES COMO 08H CURSOR EN FILA 1 COLUMNA 1, 0C0H FILA 2 COLUMNA 16, ENTRE ESAS POSICIONES FINAL E INICIAL SE MUEVE EL CURSOR. *****************************************************************************************************************/ ctr: push dpl push dph mov dptr,#7000h
movx @dptr,A lcall retardo1 pop dph pop dpl ret /**************************** RUTINA DE DATO ***************************/ ************************************************************************** RUTINA QUE PERMITE ESCRIBIR EN EL TECLADO EL DPTR 7001 EL 01 INDICA ESCRITURA MIENTRAS 00 SIGNIFICA CONTROL. *******************************************************************************************************************/ Dato: push dpl push dph mov dptr,#7001h movx @dptr,A lcall retardo1 pop dph pop dpl ret /**************************** RUTINA RETARDO *****************************/ ****************************************************************************/ ********************************************************************************************************************/ retardo1: mov 30h,#0ffh djnz 30h,$ mov 30h,#0ffh djnz 30h,$ mov 30h,#0ffh djnz 30h,$ ret
/********************** RUTINA CONVERSION A ASCII ************************ *********************************************************************************/ ASCII: add A, #90h da A addc A,#40h da A ret /********************** RUTINA PARA LIMPIAR LCD *************************** ******************************************************************************/ limpiar: mov a,#01h lcall ctr ret /************* RUTINA PARA MOSTRAR PRESENTACION EN LCD **************** ***************************************************************************** ***********************************************************************************************************/ presentacion: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#presen lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#nombre lcall presenta ret /*********** RUTINA PARA MOSTRAR SIGLAS DE LA INSTITUCIÓN ************** ***************************************************************************** ************************************************************************************************************/ programa: mov a,#80h lcall ctr
mov dptr,#insti lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#program lcall presenta ret /******* RUTINA QUE INDICA ACTIVACION DE LAMPARA*********************** ***************************************************************************** *********************************************************************************************************************/ lampara: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#lampa lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#desicion lcall presenta ret /***********RUTINA QUE INDICA ENTRADA DE FRECUENCIA******************* **************************************************************************** ****************************************************************************************************************/ menu: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#frecuencia lcall presenta ret /*********** RUTINA QUE INDICA ENTRADA DE LONGITUD********************* *****************************************************************************
*****************************************************************************************************************/ longitud: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#long lcall presenta ret /************** RUTINA QUE INDICA AUTOCORRECCION*********************** ***************************************************************************** ****************************************************************************************************************/ autocalibra: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#calibra lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#aprobar lcall presenta ret /************** RUTINA QUE INDICA FORMULA DE VELOCIDAD**************** ***************************************************************************** ****************************************************************************************************************/ datoss: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#pruebac lcall presenta ret /*************** RUTINA QUE INDICA UNIDADES DE LONGITUD**************** ***************************************************************************** ***************************************************************************************************************/
medl: mov a,#0c4h lcall ctr mov dptr,#medidal lcall presenta ret /*************** RUTINA QUE INDICA UNIDADES DE FRECUENCIA************** ***************************************************************************** ***************************************************************************************************************/ medf: mov a,#0c4h lcall ctr mov dptr,#medidaf lcall presenta ret /*************** RUTINA QUE INDICA UNIDADES DE FUERZA******************* ***************************************************************************** ***************************************************************************************************************/ medp: mov a,#0c3h lcall ctr mov dptr,#medidap lcall presenta ret /*************** RUTINA DE RECORRIDO DE TABLA*************************** **************************************************************************** *******************************************************************************************************************/ presenta: movx a,@dptr completa: lcall dato inc dptr movx a,@dptr cjne a,#00h,completa
ret tension: mov A,#80h lcall ctr mov dptr,#tenc lcall presenta ret complemento: mov 35h,a lcall ASCII lcall dato inc r5 mov a,35h lcall conversion ret /******************** RUTINA DE BÚSQUEDA********************************* ***************************************************************************** RUTINA ENCARGADA EN TOMAR EL VALOR DE TENSION PREVIAMENTE DIGITADO POR EL USUARIO Y COMPARARLO CON EL VALOR DE TENSION QUE SE ENCUENTRA EN TABLA A TRAVES DE LA DIRECCION TENCUERDA, AL NO ENCONTRARSE EL VALOR EN LA TABLA, EL LCD MUESTRA UN MENSAJE DE ERROR O CAMBIO. ***************************************************************************************************************/ busqueda1: mov r2,#00h mov 37h,#00h mov dptr,#tencuerda bu: movx a,@dptr cjne a,#00h,sgt lcall limpiar mov a,#80H lcall ctr mov dptr,#bad2 lcall presenta
mov a,#0c0H lcall ctr mov dptr,#bad3 lcall presenta ret sgt: mov b,r1 cjne a,b,saltar lcall raz jmp acabar saltar: inc dptr inc r2 mov 37h,r2 jmp bu acabar: ret /*************************** RUTINA RAIZ*********************************** **************************************************************************** RUTINA ENCARGADA EN BUSCAR CALCULO TEORICO DE VELOCIDAD DE ONDA EN CUERDA, YA HECHO EN TABLAS, CON EL VALOR DE TENSION PREVIAMENTE DIGITADO POR EL USUARIO. *******************************************************************************************************************/ raz: mov dptr,#cinco razz: cjne r2,#00h,decre movx a,@dptr lcall presenta /*******************************************************/ mov r2,37h mov dptr,#equivalencia volver: CJNE R2,#00H,saltotemporal movx a,@dptr mov 37h,a jmp retiro saltotemporal: DEC R2 inc dptr
jmp volver /*********************************************************/ decre: dec r2 inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr inc dptr jmp razz retiro: ret /******************** RUTINA DE BÚSQUEDA******************************** ********************************************** RUTINA ENCARGADA EN TOMAR EL VALOR DE TENSION PREVIAMENTE DIGITADO POR EL USUARIO Y COMPARARLO CON EL VALOR DE TENSION QUE SE ENCUENTRA EN TABLA A TRAVES DE LA DIRECCION TENCUERDA, AL NO ENCONTRARSE EL VALOR EN LA TABLA, EL LCD MUESTRA UN MENSAJE DE ERROR O CAMBIO. ***************************************************************************************************************/ busquedalong: mov dptr,#dimenciones mov r2,#00h MOV B,3AH busq: movx a,@dptr cjne a,#00h,contn lcall limpiar mov a,#80H lcall ctr mov dptr,#bad lcall presenta mov a,#0c0H lcall ctr
mov dptr,#bad3 lcall presenta ret contn: cjne a,b,jump lcall imaglong jmp culminar jump: inc dptr inc r2 jmp busq culminar: ret /*************************** RUTINA RAIZ************************************ **************************************************************************** RUTINA ENCARGADA EN BUSCAR CALCULO TEORICO DE VELOCIDAD DE ONDA EN CUERDA, YA HECHO EN TABLAS, CON EL VALOR DE TENSION PREVIAMENTE DIGITADO POR EL USUARIO. *******************************************************************************************************************/ imaglong: mov dptr,#equidimenc razz2: cjne r2,#00h,reduc movx a,@dptr mov 39h,a mov r1,39h jmp retiro2 reduc: dec r2 inc dptr jmp razz2 retiro2: ret /************************ RUTINA DE ENCENDIDO***************************** *****************************************************************************
********************************************************************************************************************/ off: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#apagar lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#aprobar lcall presenta ret vibra: mov a,#80h lcall ctr mov dptr,#apagarv lcall presenta mov a,#0c0h lcall ctr mov dptr,#aprobar lcall presenta ret velocidad: mov a,#0c8h lcall ctr mov dptr,#vel lcall presenta ret /******************** RUTINA CONVERSIÓN*********************************** ***************************************************************************** *******************************************************************************************************************/ conversion: cjne r5,#01h,segundo ; cuando se digita el primer numero es capturado mov b,#64h mul ab ; el valor que se digita por primera ves se multiplica por 64 mov 31h,a
segundo: cjne r5,#02h,tercero ; cuando se digita por segunda ves es capturado mov b,#0ah mul ab ; el valor que se capturo se multiplica por A mov b,31h add a,b ; aqui se suman los resultados mov 32h,a tercero: cjne r5,#03h,salir mov b,32h add a,b mov 38h,a MOV B,#14H SUBB A,B MOV 3AH,A MOV A,38H MOV R1,A salir: ret /*************** RUTINA BUSQUEDA DE FRECUNCIA************************** **************************************************************************** ESTA RUTINA CONSISTE EN BUSCAR LOS VALORES DE TH0 TL0 DEL REGISTRO TMOD DEL TIMER CERO QUE REPRESENTA EL VALOR DE FRECUENCIA DIGITADA. ******************************************************************************************************************/ buscar: mov r2,#08h MOV 3BH,R1 mov dptr,#cero bus: MOVX A,@DPTR CJNE A,#00h,FIRSTJUMP ; COMPARA LOS REGISTROS SI SON DIFERENTES, INCREMENTA EL R2 Y EL DPTR
LCALL LIMPIAR MOV A,#80H LCALL CTR MOV DPTR,#bad3 LCALL PRESENTA JMP OUT FIRSTJUMP: MOV A,R2 CJNE A,3BH,SALTE
movx a,@dptr ; SI LA COMPARACION ES VERDADERA a TOMA EL VALOR DE LA DIRECCION DPTR
mov 33h,a ; EL VALOR TH0 ES ALMACENADO EN EL REGISTRO 33H
mov r2,#08h mov dptr,#imag ; DIRECCION DE TABLA VALORES PARA TL0 mov a,r1;3ah ; R1 AUN CONTIENE EL VALOR DE FRECUENCIA DIGITADO POR EL USUARIO bus1: mov b,r2 ; R2 (REGISTRO DINAMICO) TOMA DE NUEVO EL VALOR DE INICIALIZACION CERO cjne a,b,salte1 ; COMPARA LO REGISTROS SI SON DIFERENTES, INCREMENTA EL R2 Y EL DPTR movx a,@dptr ; SI LA COMPARACION ES VERDADERA a TOMA EL VALOR DE LA DIRECCION DPTR mov 34h,a ; EL VALOR TL0 ES ALMACENADO EN EL REGISTRO 34H mov r2,#00h jmp out salte1: inc r2 inc dptr jmp bus1 SALTE: inc r2 inc dptr jmp bus
out: ret /********* RUTINA SALIDA DE SEÑAL POR EL PUERTO 1 FRECUENCIA*********** ***************************************************************************** ******************************************************************************************************************/ PW1: mov th1,33h mov tl1,34h setb tr1 ret /****** RUTINA SALIDA DE SEÑAL POR EL PUERTO 1 NIVEL DE VOLTAJE******** ***************************************************************************** *******************************************************************************************************************/ PW0: mov th0,#0f3h;0f3h mov tl0,#0ffh;0ffh clr p1.1; este es el original setb p1.1 ;clr p1.0; este es el original setb p1.1, se elimino la opcion setb tr0 ret /******************************************* RUTINA COMPLEMENTO2 ************************************************** ******************************************************************************************************************/ complemento2: cjne r5,#01h,seg ; cuando se digita el primer numero es capturado mov b,#0ah mul ab ; el valor que se digita por primera ves se multiplica por 64 mov 31h,a seg: cjne r5,#02h,sal; cuando se digita por segunda ves es capturado mov b,31h
add a,b mov r1,a mov r5,#03h ;lcall prueba sal: ret /*************** RUTINA DE CONVERSION A DOS DIGITOS********************** ***************************************************************************** ESTA RUTINA CONSISTE EN LIMITAR EL NUMERO DE DIGITOS EN DOS MAXIMOS QUE SE ENTREN A TRAVES DEL TECLADO A DEMAS CABE DESTACAR QUE LOS VALORAS QUE SE DIGITAN POR EL TECLADO SON DATOS LOGICOS (VALORES EN HEXADECIMAL), POR LO TANTO SI SE DESEA REALIZAR ALGUNA OPERACION LOGICA EL DATO QUE SE CAPTURA POR EL DPTR SIRVE PARA HACERLO, PERO SI SE QUIERE MOSTRAR POR TECLADO ES IMPORTANTE CONVERTIR A ASCII *************************************************************************************************************************/ convdosdig: mov 35h,a lcall ASCII lcall dato inc r5 mov a,35h lcall complemento2 ret /**************** INTERRUPCION DE TECLADO******************************** ***************************************************************************** org 0bf00h ljmp 0a500h reti
/********* RUTINA DE INTERRUPCION EXTERNA (TECLADO) DESPLAZADA A LA POSICION DE MEMEORIA 0A500H ************ org 0a500h mov dptr,#6000h movx a,@dptr anl A,#0fh cjne a,#0fh,enter inc r4 mov r7,#01h reti enter: cjne a,#0bh,retroceso mov r5,#00h mov r0,#00h ; se agrego este para cuando no sean 3 numero digitados y se retrocede dec r4 ;intentar con DJNZ r4,noes y como etiqueta noes: mov r7,#01 si es cero dejar r4 en cero mov r7,#01h reti retroceso: cjne r4,#04h,escriten1 jmp compartir escriten1: cjne r4,#08h,escriten compartir: cjne r0,#01h,escriten lcall complemento reti escriten: cjne r4,#06h,no cjne r0,#01h,no lcall convdosdig no: reti /********************** INTERRUPCION TIMER 0****************************** ****************************************************************************
CUANDO SE DIGITA LA FRECUENCIA Y SE DA ENTER EL TIMER SE HABILITA ACTIVANDO TR0, UNA VES COMPLETO EL NIVEL DE ONDA O ALCANZADO EL PERIODO AUTOMATICAMENTE HABILITA TF0 QUE ACTIVA LA INTERRUPCION EN ESTA HAY UN PEQUEÑO TIEMPO MUERTO QUE ES CUANDO INICIALIZA EL TR0 Y TFO DESPUES CAMBIA DE NIVEL SUPERIOR A NIVEL INFERIOR ********************************************************************************************************************/ org 0bf30h clr tr0 clr tf0 cpl p1.1 cjne r3,#01h,continuar cpl p1.0 continuar: reti /********************** INTERRUPCION DE TIMER 1**************************** ***************************************************************************** *******************************************************************************************************************/ org 0bf90h clr tr1 clr tf1 lcall pw1 inc 36h mov b,#02h mov a,36h div ab mov a,b cjne a,#00h,salga lcall pw0 cjne r3,#01h,salga clr p1.0 salga: reti
org 0B000h calibra: db 'AUTOCALIBRACION ',00H presen: db 'ONDAS EN CUERDAS ',00h nombre: db ' ESTACIONARIAS. ',00h insti: db 'INSTITUCION: ',00h program: db ' C. U. A. O. ',00H frecuencia: db 'DIGITE FRECUEN: ',00h long: db 'DIGITE LONGITUD: ',00h lampa: db 'ACTIVAR LAMPARA: ',00h desicion: db 'SI(ENT) NO(REV) ',00h tenc: db 'ENTRAR TENSION: ',00h pruebac: db 'VELOCID. R(T/C): ',00h apagar: db 'APAGAR LAMPARA ',00h apagarv: db 'APAGAR VIBRACION ',00h bad: db 'CAMBIAR LONGITUD ',00h bad2: db 'CAMBIAR TENSION ',00h bad3: db 'FUERA DE RANGO ',00h aprobar: db 'SI(ENT) ',00h vel: db 'm/s ',00h medidal: db 'cm. ',00h medidaf: db 'Hz. ',00h medidap: db 'gf. ',00h tencuerda: db 05h,0Ah,0fh,14h,19h,1eh,23h,28h,2dh,32h,37h,3ch,41h,46h,4bh,00h equivalencia: db 11h,22h,33h,44h,55h,66h,77h,88h,99h,0aah,0bbh,0cch,0ddh,0eeh,0ffh,00h dimenciones: db 05h,0ah,0fh,14h,19h,1eh,23h,28h,2dh,32h,37h,3ch,41h,46h,4bh,50h,55h,5ah,5fh,64h,69h,6eh,00h equidimenc: db 0bh,16h,21h,2ch,37h,42h,4dh,58h,63h,6eh,79h,84h,8fh,9ah,0a5h,0b0h,0bbh,0c6h,0d1h,0dch,0e7h,0f2h,00h cinco: db '124.418',00H ;5 db '175.954',00H ;10 db '215.498',00H ;15
db '248.836',00H ;20 db '278.207',00H ;25 db '304.761',00H ;30 db '329.179',00H ;35 db '351.908',00H ;40 db '373.254',00H ;45 db '393.447',00H ;50 db '412.648',00H ;55 db '430.997',00H ;60 db '448.596',00H ;65 db '465.530',00h ;70 db '481.869',00h ;75 cero: db 1eh,38h,4ch,5ch,69h,75h,7fh,88h,8fh,96h,9ch,0a1h,0a6h,0aah,0aeh,0b1h,0b5h,0b8h,0bah,0bdh,0bfh,0c1h,0c4h,0c6h,0c7h,0c9h,0cbh,0cch,0ceh,0cfh,0d0h,0d1h,0d3h,0d4h,0d5h,0d6h,0d7h,0d8h,0d8h,0d9h,0dah,0dbh,0dch,0dch,0ddh,0deh,0deh,0dfh,0dfh,0e0h,0e1h,0e1h,0e2h,0e2h,0e3h,0e3h,0e3h,0e4h,0e4h,0e5h,0e5h,0e5h,0e6h,0e6h,0e7h,0e7h,0e7h,0e8h,0e8h,0e8h,0e9h,0e9h,0e9h,0e9h,0eah,0eah,0eah,0eah,0ebh,0ebh,0ebh,0ebh,0ech,0ech,0ech,0ech,0ech,0ech,0edh,0edh,0edh,0edh,0eeh,0eeh db 0eeh,0eeh,0eeh,0eeh,0efh,0efh,0efh,0efh,0efh,0efh,0efh,0f0h,0f0h,0f0h,0f0h,0f0h,0f0h,0f0h,0f0h,0f1h,0f1h,0f1h,0f1h,0f1h,0f1h,0f1h,0f1h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,0f2h,18h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f3h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f4h,0f5h,0f5h db 0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f5h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f6h,0f7h,00H
imag: db 0ffh,36h,02h,9ah,0ffh,9fh,85h,29h,88h,2fh,23h,5fh,0dh,5fh,55h,0e9h,2ch,0ah,0efh,70h,0ceh,0f0h,18h,06h,0d2h,8dh,24h,0a7h,18h,74h,0b0h,0e8h,0fh,24h,35h,39h,29h,19h,0f5h,0c1h,89h,57h,0fh,0c6h,6bh,16h,0bah,4bh,0e2h,85h,07h,88h,0ah,8eh,0dh,7ah,0ech,55h,0d0h,31h,090h,0fbh,5bh,0b7h,13h,6eh,0bdh,15h,60h,0aah,09h,4fh,98h,0d0h,1ah,5bh,0abh,0e5h,1ch,65h,9ch,0d7h,0eh,4ah,81h,0b4h,0eah,1eh,59h,89h,0beh,0deh,0fh,3eh,6dh,98h,0fh db 0dah,04h,2ch,54h,7bh,0a2h,0c8h,0edh,11h,35h,58h,7bh,9dh,0beh,0dfh,0ffh,1fh,3eh,5dh,7bh,99h,0b6h,0d3h,0efh,0bh,26h,41h,5ch,76h,90h,0aah,0c3h,0dbh,0f4h,4ch,24h,3bh,52h,69h,7fh,95h,0abh,0c0h,0d5h,0eah,0ffh,13h,27h,3bh,4fh,62h,75h,88h,9bh,0adh,0bfh,0d1h,0e3h,0f4h,05h,16h,27h,38h,48h,58h,68h,78h,88h,97h,0a7h,0b6h,0c5h,0d4h,0e2h,0f1h,0ffh,0dh,1bh,29h,37h,44h,52h,5fh,6ch,79h,86h,92h,9fh,0abh,0b8h,0c4h,0d0h,0dch,0e8h,0f3h,0ffh,0ah,00H reti end
/*****Read the ADC on a 16F873.*****/ #include <pic.h> #include "adc.h" void adc_read(unsigned char channel) ADCON0 = (channel << 3) + 0x01; // enable ADC, Fosc/2. ADGO = 1; while(ADGO) continue; // wait for conversion complete /* * Delay functions * See delay.h for details * * Make sure this code is compiled with full optimization!!! */ #include "delay.h" void DelayMs(unsigned char cnt) #if XTAL_FREQ <= 2MHZ do DelayUs(996); while(--cnt); #endif
#if XTAL_FREQ > 2MHZ unsigned char i; do i = 4; do DelayUs(250); while(--i); while(--cnt); #endif /******* Programa principal**********/ #include <pic.h> #include "adc.h" #include "pwm.h" #include "delay.h" __CONFIG(0x3F39); typedef struct double dState, iState, iMax, iMin; double pGain, iGain, dGain; Spid; double UpdatePID1(Spid * pid1, double err1, double pos1) double pTerm1, iTerm1, dTerm1; pTerm1 = pid1->pGain * err1; if(pTerm1 > 511)
pTerm1 = 511; if(pTerm1 < -511) pTerm1 = -511; pid1->iState += err1; if(pid1->iState > pid1->iMax) pid1->iState = pid1->iMax; if(pid1->iState < pid1->iMin) pid1->iState = pid1->iMin; iTerm1 = pid1->iGain * pid1->iState; dTerm1 = pid1->dGain * (pos1 - pid1->dState); pid1->dState = pos1; return pTerm1 + iTerm1 - dTerm1; double UpdatePID2(Spid * pid2, double err2, double pos2) double pTerm2, iTerm2, dTerm2; pTerm2 = pid2->pGain * err2; if(pTerm2 > 511) pTerm2 = 511; if(pTerm2 < -511) pTerm2 = -511; pid2->iState += err2; if(pid2->iState > pid2->iMax) pid2->iState = pid2->iMax; if(pid2->iState < pid2->iMin) pid2->iState = pid2->iMin; iTerm2 = pid2->iGain * pid2->iState; dTerm2 = pid2->dGain * (pos2 - pid2->dState); pid2->dState = pos2; return pTerm2 + iTerm2 - dTerm2; void main() // Declaracion de variables unsigned char RealH, RealL, SetH, SetL; double error1, error2, AC1, AC2, AC1a, AC; Spid PID1, PID2;
//Configuracion de Puertos TRISB0 = 0; TRISB1 = 0; TRISC = 0; ADCON1 = 0x80; ADCON0 = 0; ADON = 1; // GIE=0; //Sin Interrupciones PID1.pGain = 5.0; PID1.iGain = 0.1;//Constantes del Controlador1 PID1.dGain = 0.3; PID1.iMax = 511; //Saturadores del Integrador1 PID1.iMin = -511; PID1.iState= 0; PID2.pGain = 0.5; PID2.iGain = 0.1;//Constantes del Controlador2 PID2.dGain = 0.9; PID2.iMax = 511; //Saturadores del Integrador2 PID2.iMin = -511; PID2.iState= 0; //Inicializacion de variables error1 = error2 = 0; AC1 = AC1a = AC = 0; AC2 = 0; pwm_init(); pwm2_init(); while(1) DelayMs(5); adc_read(1); adc_read(1); adc_read(1); adc_read(1); SetL = ADRESL;
SetL = SetL & 252; SetH = ADRESH; DelayMs(10); adc_read(0); adc_read(0); adc_read(0); adc_read(0); RealL = ADRESL; RealL = RealL & 252; RealH = ADRESH; DelayMs(5); error1 = (SetH * 256 + SetL) - (RealH * 256 + RealL); AC1a = AC; AC = UpdatePID1(&PID1, error1, (RealH * 256 + RealL)); AC1 = (AC1a + AC)/2; if(AC1 < 1) AC1 = -1 * AC1; RB0 = 0; else RB0 = 1; if(AC1 > 1023) AC1 = 1023; pwm_out(AC1); DelayMs(10); adc_read(3); adc_read(3); adc_read(3); adc_read(3); SetL = ADRESL; SetL = SetL & 252; SetH = ADRESH; DelayMs(10); adc_read(2); adc_read(2); adc_read(2);
adc_read(2); RealL = ADRESL; RealL = RealL & 252; RealH = ADRESH; DelayMs(5); error2 = (SetH * 256 + SetL) - (RealH * 256 + RealL); AC2 = UpdatePID2(&PID2, error2, (RealH * 256 + RealL)); if(AC2 < 1) AC2 = -1 * AC2; RB1 = 0; else RB1 = 1; if(AC2 > 1023) AC2 = 1023; pwm2_out(AC2*20); DelayMs(5); /******Genera una señal de PWM por RC1***********/ #include <pic.h> #include "pwm.h" void pwm_init(void) TRISC1 = 0; // PC1 = output PR2 = 255; // set in Init_Timer2 TMR2ON = 1; CCP2CON = 0x0C; // PWM Mode T2CON = 0x04; // Prescalar = 1 // PWM
// Ouput 0% to 100% for X = 0 to 1023 // void pwm_out(unsigned int X) CCPR2L = (X >> 2); CCP2CON = (CCP2CON & 0xCF) | ((X & 3) << 4); /***** Genera una señal de PWM por RC2 *******/ #include <pic.h> #include "pwm.h" void pwm2_init(void)
TRISC2 = 0; // PC2 = output PR2 = 255; // set in Init_Timer2 TMR2ON = 1; CCP1CON = 0x0C; // PWM Mode T2CON = 0x04; // Prescalar = 1 // PWM // Ouput 0% to 100% for y = 0 to 1023 // void pwm2_out(unsigned int y) CCPR1L = (y >> 2); CCP1CON = (CCP1CON & 0xCF) | ((y & 3) << 4);