trabajo de titulaciÓn para la obtenciÓn del tÍtulo de...

Autora:

Rocío Ibeth Pastuña Doicela

TRABAJO DE TITULACIÓN PARA LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE:

INGENIERA EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

3ESPE –ROCÍO PASTUÑA– MARZO 2018

Introducción

Marco Teórico

Diseño del Módulo Didáctico

Implementación del Módulo Didáctico

Pruebas y Resultados

Conclusiones y Recomendaciones

4ESPE –ROCÍO PASTUÑA– MARZO 2018

Bajos Recursos destinados al establecimiento.

Actualización constante de nuevas tecnologías en el laboratorio.

5

Recursos propios del estudiante

Prácticas de

temas limitados

Mayor tiempo de ejecución en

prácticas

ESPE – ROCÍO PASTUÑA– MARZO 2018

6ESPE – ROCÍO PASTUÑA– MARZO 2018

Módulo Didáctico

Viabilidad Técnica

Viabilidad Económica

Viabilidad Social

7

Diseñar y construir un módulo didáctico de bajo costo, basado en Instrumentación Virtual para la realizaciónde prácticas de Electrónica General en el Colegio Técnico de Bachillerato Dr. Trajano Naranjo I”.

Diseñar y construir fuentes de voltaje fijas y variables

Diseñar e implementar un Multimetro digital(Óhmetro, voltímetro y amperímetro)

Diseñar e implementar un generador de señales( senoidal, cuadrada, PWM, Triangular y rampa)

Realizar un Osciloscopio Virtual

Implementar una interfaz gráfica simple e intuitiva que permita al usuario utilizar fácilmente el módulo.

Validar la implementación realizada del módulo mediante pruebas experimentales para verificar sufuncionamiento correcto.

ESPE – ROCÍO PASTUÑA – MARZO 2018

8ESPE – ROCÍO PASTUÑA – MARZO 2018

Entradas analógicas

y digitales

Acondicionamiento

de señales

Sistema de

adquisición de datos

Interfaz Gráfica


Introducción

Módulos Didácticos

Sensores

Tarjetas Arduino

Interfaz Gráfica

En la actualidad existe en el mercado muchos módulos didácticospara ensayos de Electrónica Básica, siendo el principalinconveniente los costos elevados, que salen del presupuesto delas Instituciones educativas públicas, razón por la cual muchasveces se hace imposible su adquisición, lo que genera una prácticadeficiente de los estudiantes que posteriormente se verá afectadaen el ámbito laboral. Mediante el diseño, construcción eimplementación del módulo didáctico para el Laboratorio deEléctrica y Electrónica del Colegio Técnico Dr. Trajano Naranjo, conla utilización de una tarjeta Arduino se ha conseguido agruparfunciones tales como: Multímetro, Osciloscopio, Entradas Digitales,Entradas analógicas, Fuentes AC/DC y Generador de Funciones; lasmismas que están ligadas a una interfaz gráfica visualizadas en unaPC con software libre.



MÓDULO DIDÁCTICO

Conjunto de materiales y recursos asociados a un contenido, constituido de talforma que facilite el aprendizaje e ilustre claramente las partes más importantesdel tema en estudio.

Características

• Facilitar el aprendizaje• Interrelacionar el conocimiento teórico con el

práctico.• Visualizar.


SENSORES


TARJETAS ARDUINO


INTERFAZ GRÁFICA


Sistema de Adquisición de Datos

Fuentes de Voltaje fijas y variables

Multímetro

Generador de Funciones

osciloscopio


DISEÑO PYCHARM

Nombre de la institución

Botones de navegación

Funciones

Parámetros de comunicación

Tipo de señal

Frecuencia de la Señal

Multímetro

Óhmetro

Voltímetro

AmperímetroOsciloscopio


Implementación de placas

Interfaz Gráfica


Figura de la fuentes de voltaje fijas positivas y negativas

Los valores generados de las fuentes conrespecto al valor esperado se encuentrandentro de un margen aceptable de error,por ende las fuentes de voltaje fijas delmódulo cumplen con los requerimientosseñalados.


Figura de la fuentes de voltaje variables positiva y negativa

Los valores medidos de las fuentes seencuentran dentro de los requerimientospara las aplicaciones prácticas, el valormáximo de las fuentes tanto positiva comonegativa sobrepasan el valor especificadoen el diseño debido a la tensión de salidasuperior del transformador.


Figura ÓhmetroExiste una mínima diferencia entre losvalores obtenidos con el equipo construidoy el equipo de referencia utilizado.


Figura Voltímetro DC positivo y negativo

El mayor error calculado es de0,07 y se puede observar queexiste una mínima diferenciaentre el resto de valores medidospara los dos instrumentos.


Figura Voltímetro AC

Para las pruebas se utilizo unafuente de voltaje Ac del laboratoriode Electrónica Digital de laUniversidad de las Fuerzas ArmadasESPE-L marca BK PRECISION


Circuito implementado para las pruebas Su error es mínimo entre losdos equipos de medición.


Interfaz Gráfica del Generador Para esto se ha fijado una frecuencia de 1Khz y una amplitudde 4Vp-p las mismas que son mostradas por medio delosciloscopio existente en el laboratorio de Electrónica Digitalde la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE.


Señal senoidal Señal Cuadrada


Señal PWM Señal Triangular


Señal Rampa


• Se diseñó e implementó un módulo didáctico debajo costo, basado en instrumentación virtual parala realización de prácticas de electrónica general enel Colegio Técnico de Bachillerato “Dr. TrajanoNaranjo Iturralde”.

• Se diseñó e implementó una fuente variable decorriente continuo de -24v a 0v, 0v a 24V a 1amperio, que satisfacen la demanda requerida, conlas respectivas protecciones tanto para sobrecargasy corrientes de cortocircuito.


• Se diseñó e implementó un generador defunciones para onda sinusoidal, cuadrada y pwmcon una frecuencia de trabajo desde 10 Hz a 1MHzasi como la triangular y diente de sierra con rangode frecuencia de 70Hz a 5KHz y amplitud máximade 5 voltios pico pico.

• Se realizó la adquisición de datos mediante laprogramación desarrollada en el programaPyCharm, con la ayuda de la librería Pyserial, la quenos permite la comunicación serial RS232 entre latarjeta Arduino y la PC.

ESPE – ROCÍO PASTUÑA – MARZO 2018

• Mediante la utilización de PyCharm se desarrolló lainterfaz gráfica para el módulo didáctico, que permitesimular instrumentos virtuales tales como:voltímetros de cd y ca cuyas escalas se encuentranseteadas de 0 a 120Vca y de 0 a ±30Vcdrespectivamente, óhmetro, amperímetro yosciloscopio.

• Se generó una pantalla inicial en la cual al seleccionaruna de las variables eléctricas a medir, ésta presentaautomáticamente su valor medido.


• Python no posee graficador propio por lo tanto seusan opciones como importar programas que seenlazan a través de subrutinas para la visualización delas ondas.

• La estructura consta de un banco de trabajo de40x30x20 cm, fabricado en acero inoxidable, con unasub base de acrílico para garantizar el correctoaislamiento de los elementos y placas electrónicas, enla parte frontal se encuentran todos los elementos decontrol y visualización, en la parte interna seencuentra el cableado entre los elementos de controly las tarjetas electrónicas, lo que permite una fácilmanipulación en futuros mantenimientos.


• En las pruebas que se realizaron con los diferentesdispositivos de medida del módulo didáctico, secontrastaron con equipos de medida delLaboratorio de Electrónica Digital de la Universidadde las Fuerzas Armadas ESPE Extensión Latacunga,existiendo pequeños errores que están dentro delmargen aceptable.

• Las guias desarrolladas para la realización deprácticas en Electrónica General Básicas abarcantemas desde transistores y amplificadoresoperacionales, etc.


• El módulo didáctico requiere que sea conectado a laalimentación de la red (110V, 60Hz), además serequiere de un cable USB para la conexión entre elmismo y la PC.

• A la hora de utilizar el módulo realizar bien lasconexiones al panel frontal, así como alimentaradecuadamente el módulo didáctico (Alimentaciónde red 110Vac, cable USB), para asegurar un correctofuncionamiento de los circuitos implementados.

• Para la correcta ejecución de las prácticas se debeseguir los paso indicados en las guías de laboratorio.


• Tomar en cuenta las recomendaciones dadas en elmanual de usuario, antes de manipular el módulodidáctico, ya que esto permitirá un correctofuncionamiento, alargando así la vida útil del equipoconstruido.

• El uso de las tarjetas Arduino no genéricas son masrobustas ya que aumenta la fiabilidad en el proceso,pero conlleva un gasto mayor, por esta razón serecomienda aislar la parte de control con la etapade potencia como medio de seguridad y protección.


• Como trabajo futuro se recomienda implementarun sistema de almacenamiento que permitagenerar un archivo que almacene la informaciónobtenida durante la práctica de laboratorio, a finde realizar un análisis de resultados y una tomade decisión por parte del instructor.

• Para implementaciones futuras, se sugiereimplementar sistemas de laboratorio en la parteelectrónica en realidad virtual.

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